CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES …repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/12047/1/CT_COQUI_20… · RESUMO FORMICA, Barbara Costa; BRUDZINSKI, Patricia Balestrin

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE QUÍMICA E BIOLOGIA

CURSO DE BACHARELADO EM QUÍMICA

BARBARA COSTA FORMICA

PATRICIA BALESTRIN BRUDZINSKI

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES

ADSORTIVAS DA CASCA DE LARANJA NA REMOÇÃO DO

CORANTE DIRECT BLUE 86

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

CURITIBA

2015






Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à

disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso II, do

Curso Bacharelado em Química, do Departamento

Acadêmico de Química e Biologia – DAQBI – da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná –

UTFPR.

Orientadora: Prof.ª Dr.ª Karina Querne de Carvalho

Passig

Co-orientador: Prof. Dr. João Batista Floriano

CURITIBA

2015

Esta Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso.






Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial à obtenção do grau de

Bacharel em Química pelo Departamento Acadêmico de Química e Biologia (DAQBI), do

Câmpus Curitiba, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), pela seguinte

banca examinadora:

Membro 1 – Prof. Dr. Fernando Hermes Passig

Departamento Acadêmico de Química e Biologia (UTFPR – CT)

Membro 2 – Prof. Dr. Marcus Vinícius de Liz

Departamento Acadêmico de Química e Biologia (UTFPR – CT)

Orientadora – Profª. Drª. Karina Querne de Carvalho Passig

Departamento Acadêmico de Construção Civil (UTFPR – CT)

Coordenadora de Curso – Profª. Drª. Danielle Caroline Schnitzler

Curitiba, 25 de setembro de 2015.

AGRADECIMENTOS

A Deus, por nos ter dado saúde, fé, sabedoria e perseverança para conquistar nossos

sonhos, objetivos e superar as dificuldades, sem Ele o caminho de se tornar Bacharel não seria

possível. Sempre iluminou nossos passos e direcionou nossos caminhos.

Aos nossos pais e familiares, pelo apoio, incentivo e força nos momentos difíceis de

luta e por não deixar que desistíssemos do caminho a percorrer. O carinho e amor que sempre

nos deram tornaram nossa trajetória mais suave e cheia de esperança. Graças a vocês que nos

fizeram batalhadoras que chegamos tão longe e ainda temos muitos sonhos a conquistar.

A nossa orientadora, Prof.ª Dr.ª Karina Querne de Carvalho Passig, por todo seu

ensinamento, paciência e dedicação de seu tempo para auxiliar em nossos estudos e

disponibilizar todos os recursos necessários.

Ao nosso co-orientador, Prof. Dr. João Batista Floriano por acreditar na nossa

capacidade, conceder parte de seu conhecimento na redação deste trabalho e por todo tempo

dedicado a nos auxiliar durante esta trajetória.

Ao Departamento Acadêmico de Química e Biologia (DAQBI), pelo seu corpo

docente, pela formação que nos foi proporcionada, e que levou à redação deste trabalho com

êxito.

Ao Departamento Acadêmico de Construção Civil (DACOC), pelos equipamentos e

laboratório de saneamento que nos foi disponibilizado.

Ao Departamento Acadêmico de Mecânica (DAMEC), pela realização de análises

em equipamentos.

Aos nossos amigos e aqueles que estiveram presentes, sempre nos incentivaram e nos

fizeram acreditar em nosso potencial, dedicaram momentos de alegria e força para seguirmos

em frente.

RESUMO

FORMICA, Barbara Costa; BRUDZINSKI, Patricia Balestrin. Caracterização e avaliação das

propriedades adsortivas da casca de laranja na remoção do corante Direct Blue 86. Trabalho

de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química). Universidade Tecnológica Federal do

Paraná, Curitiba, 2015.

Corantes são compostos orgânicos utilizados para dar cor e/ou conferir brilho a diversos tipos

de materiais, tais como papéis e tecidos. No entanto, o complexo aromático geralmente

presente na estrutura química dos corantes faz com que estas moléculas se tornem altamente

estáveis e, além disso, alguns tipos de corante são tóxicos e até mesmo carcinogênicos, o que

exige tratamento de efluentes contendo estes compostos para atendimento da legislação

vigente. Alguns processos de tratamento de efluentes têxteis não têm conseguido atender a

legislação, o que estimula o estudo de processos de adsorção visando remoção de corantes,

pelo fato destes apresentarem custos moderados, menor tempo de processamento e poucas

variáveis a serem controladas. Neste contexto, tem se destacado a utilização de passivos

ambientais como materiais adsorventes, em substituição ao carvão ativado, de maior custo. A

casca de laranja, um exemplo de resíduo agroindustrial, tem potencial de adsorção que pode

ser explorado na remoção de corantes. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a

capacidade de adsorção do corante Direct Blue 86, usado rotineiramente na indústria têxtil,

usando pó de casca de laranja como adsorvente. A casca de laranja foi caracterizada através

do teor de umidade, teor de cinzas, análise granulométrica, espectroscopia no infravermelho e

microscopia eletrônica de varredura. O estudo das propriedades adsortivas da casca de laranja

compreendeu índice de iodo, índice de azul de metileno, ponto de carga zero e tempo de

contato para encontrar condições adequadas de adsorção do corante com o pó da casca de

laranja. O pó de casca de laranja (PCL) apresentou ser eficiente como material adsorvente

para corante têxtil, devido às propriedades físico-químicas indicarem estrutura porosa

compatível com a adsorção de moléculas com dimensões de até 15 µm. O PCL atendeu a

norma ABNT NBR 2133 apresentando teor de umidade abaixo de 8 %. O teor de cinzas

indicou poucas impurezas no material, com valor de (2,79 ± 0,06) %. A metodologia

empregada nos ensaios de adsorção não permitiu a quantificação do corante nas soluções,

levando a uma investigação das possíveis causas. Os resultados apresentaram o D-Limoneno,

componente da casca da laranja, como responsável pela inviabilização da metodologia

empregada, portanto, não foi possível quantificar o estudo através da variação de tempo de

contato (cinética de adsorção), pH, temperatura e isoterma de adsorção através deste método.

Contudo, o PCL elaborado em laboratório apresentou propriedades de adsorção semelhantes

àquelas de materiais similares encontrados na literatura, o que sugere o desenvolvimento de

trabalhos futuros com outros métodos de quantificação.

Palavras chave: Adsorção. Resíduo agroindustrial. Espectroscopia. Indústria Têxtil.

Remoção de cor.

ABSTRACT

FORMICA, Barbara Costa; BRUDZINSKI, Patricia Balestrin. Characterization and

evaluation of the orange peel adsorptive properties in dye Direct Blue 86 removal.

Completion of coursework (BS in Chemistry). Federal Technological University of Paraná,

Curitiba, 2015.

Dyes are organic compounds used to provide color and / or brightness to various types of

materials such as papers and textile. However, the aromatic complex generally present in the

chemical structure of the colorants turns the molecules highly stable and, moreover, some

types of dyes are toxic and even carcinogenic, which requires wastewater treatment

containing these compounds to comply with current legislation. Some textile effluents

processes cannot meet legislation, which encourages the study of adsorption processes to

remove dyes, as this technique presents moderate cost, shorter processing time and few

variables to be controlled. In this context, the use of environmental liabilities as adsorbent

materials has emerged, replacing the activated carbon, of higher cost. The orange peel, an

example of agro-industrial waste, has the adsorption potential that can be exploited for the

removal of dyes. The objective of this work was to evaluate the adsorption capacity of the

Direct Blue 86 dye, routinely used in the textile industry, using powdered orange peel as an

adsorbent. The orange peel was characterized by its humidity content, ash content, particle

size analysis, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. The study of the

adsorptive properties of orange peel understands iodine index, methylene blue index, zero

point of charge and contact time to find adequate conditions of dye adsorption with orange

peel powder. The orange peel powder (OPP) showed to be effective as an adsorbent material

for textile dye, due to the physicochemical properties indicate porous structure compatible

with the adsorption of molecules with dimensions of up to 15 micrometers. The OPP

answered the ABNT NBR 2133 norm showing lower humidity content of 8%. The ash

content indicated few impurities in the material, with a value of (2.79 ± 0.06) %. The

methodology used in adsorption experiments did not allow quantification of the dye in the

solutions, leading to an investigation of the possible causes. The results showed the D-

limonene, orange peel component, as responsible for the non-viability of the methodology

employed, so it was not possible to quantify the study through the contact time of variation

(adsorption kinetics), pH, temperature and adsorption isotherm by this method. Even so,

laboratory-prepared OPP showed adsorption properties similar to those of materials found in

literature, which suggests the development of future work with other methods of

quantification.

Keywords: Adsorption. Agro-industrial waste. Spectroscopy. Textile Industry. Color

removal.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Secção transversal da laranja, apresentando a estrutura morfológica do fruto. .... 16

Figura 2. Estrutura química da molécula de ácido ascórbico.............................................. 17

Figura 3. Estrutura química da molécula de beta-caroteno. ................................................ 18

Figura 4. Estrutura química da cadeia de pectina. .............................................................. 19

Figura 5. Estrutura química da molécula de R-(+)-limoneno. ............................................ 20

Figura 6. Estrutura química da molécula de celulose. ........................................................ 21

Figura 7. Estrutura química da molécula de sacarose......................................................... 21

Figura 8. Estrutura química da molécula do corante DB 86. .............................................. 23

Figura 9. Curva granulométrica do PCL. ........................................................................... 45

Figura 10. Espectro de infravermelho do PCL. .................................................................... 46

Figura 11. Espectro de infravermelho do corante DB 86. .................................................... 47

Figura 12. Espectro de infravermelho do PCL após adsorção do corante DB 86, com

desaparecimento da banda em 1103 cm-1

no espectro de PCL com DB 86. ......... 47

Figura 13. Fotomicrografias do PCL. As duas imagens são regiões, A e B, diferentes da

mesma amostra com ampliações iguais. ............................................................. 48

Figura 14. Fotomicrografias do PCL após adsorção do corante DB 86. As duas imagens

são regiões, A e B, diferentes da mesma amostra com ampliações iguais. .......... 49

Figura 15. Isoterma de adsorção do iodo pelo PCL. ............................................................ 51

Figura 16. Espectros de absorbância (Abs) das soluções de AM usadas na construção da

curva de calibração. ........................................................................................... 52

Figura 17. Curva de calibração, absorbância (Abs) em 665 nm em função da

concentração de AM. ......................................................................................... 53

Figura 18. Representação gráfica do Ponto de Carga Zero (pHPCZ) do PCL. ........................ 54

Figura 19. Espectros de UV-visível de soluções aquosas em diferentes concentrações do

corante DB 86, pH 6,51. .................................................................................... 55

Figura 20. Absorbância em 620 nm versus concentração de soluções aquosas do corante

DB 86 filtradas e não filtradas. ........................................................................... 56

Figura 21. Concentração da solução aquosa do corante DB 86 versus tempo, após o

ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 200 minutos). ....................... 57


ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).................. 58

Figura 23. Espectros de UV-visível das soluções aquosas contendo o corante DB 86 após

o ensaio de adsorção (temperatura de 30 ° C durante 6 dias e 12 horas). ............. 58

Figura 24. Absorbância em 678 nm versus concentração de soluções aquosas do corante

DB 86. ............................................................................................................... 59


ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).................. 60

Figura 26. Espectros de UV-Visível da releitura após 46 dias das soluções aquosas do

corante DB 86 após o ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6

dias e 12 horas) .................................................................................................. 61

Figura 27. Releitura após 46 dias da concentração da solução aquosa do corante DB 86

versus tempo, após o ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6 dias

e 12 horas). ........................................................................................................ 61

Figura 28. Espectros de UV-visível da solução de DB 86 com pHs ajustados em

diferentes valores. .............................................................................................. 62

Figura 29. Espectros de UV-visível de água destilada com PCL após 4 dias à temperatura

de 30 °C. ............................................................................................................ 63

Figura 30. Espectros de UV-visível. (A) Ácido Ascórbico; (B) Beta-Caroteno;

(C) Pectina; (D) D-Limoneno; (E) Celulose; (F) Sacarose. ................................. 64

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

AM Azul de Metileno

ASTM American Society for Testing and Materials

ATR Attenuated Total Reflection

CI Colour Index

DACOC Departamento Acadêmico de Construção Civil (Campus Curitiba)

DAMEC Departamento Acadêmico de Mecânica (Campus Curitiba)

DAQBI Departamento Acadêmico de Química e Biologia (Campus Curitiba)

DB 86 Direct Blue 86

FISPQ Ficha de Informação de Segurança de Produtos Químicos

FT-IR Fourier Transform Infrared

IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry

IV Infravermelho

MEV Microscopia Eletrônica de Varredura

mod. Modelo

NBR Norma da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)

NM Norma MERCOSUL (Mercado Comum do Sul)

OPP Orange peel powder

PCL Pó de casca de laranja

SEBRAE Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas

UI Unidade Internacional da OMS (Organização Mundial da Saúde)

UTFPR Universidade Tecnológica Federal do Paraná

UV-Vis Ultravioleta-visível

https://pt.wikipedia.org/wiki/Associa%C3%A7%C3%A3o_Brasileira_de_Normas_T%C3%A9cnicas

LISTA DE SÍMBOLOS

Abs Absorbância

C-1 Carbono 1 (numeração da cadeia)

C-4 Carbono 4 (numeração da cadeia)

TU Teor de umidade

TC Teor de cinzas

v/v Porcentagem em volume

CAMR Concentração de azul de metileno residual

mAMR Massa de azul de metileno residual

Cf Concentração final da solução de azul de metileno

mAMA Massa de azul de metileno adsorvida

IAM Índice de Azul de Metileno

mPCL Massa de PCL utilizada

X/M Quantidade de iodo adsorvida por grama de amostra

CR Concentração residual de iodo no filtrado

C Concentração

R2 Quadrado do coeficiente de correlação de Pearson

λ Comprimento de onda

λmáx Comprimento de onda máximo

N1 Fator de correção da solução de tiossulfato de sódio

N2 Fator de correção da solução de iodo

FD Fator de diluição

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12

2 JUSTIFICATIVA............................................................................................................ 14 3 OBJETIVOS ................................................................................................................... 15

3.1 OBJETIVO GERAL ...................................................................................................... 15 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................... 15

4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .................................................................................. 16 4.1 LARANJA ..................................................................................................................... 16

4.1.1 Ácido Ascórbico ......................................................................................................... 17 4.1.2 Beta-Caroteno ............................................................................................................. 18

4.1.3 Pectina ........................................................................................................................ 18 4.1.4 Limoneno .................................................................................................................... 19

4.1.5 Celulose ...................................................................................................................... 20 4.1.6 Sacarose ...................................................................................................................... 21

4.2 CORANTE DIRECT BLUE 86 ....................................................................................... 22 4.3 CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL ADSORVENTE .............................................. 23

4.3.1 Teor de umidade .......................................................................................................... 24 4.3.2 Teor de cinzas ............................................................................................................. 24

4.3.3 Análise granulométrica ................................................................................................ 24 4.3.4 Espectroscopia no Infravermelho ................................................................................. 25

4.3.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .............................................................. 25 4.4 FATORES QUE INFLUENCIAM NO PROCESSO DE ADSORÇÃO .......................... 26

4.4.1 Índice de iodo .............................................................................................................. 26 4.4.2 Índice de Azul de Metileno .......................................................................................... 26 4.4.3 Ponto de Carga Zero (pHPCZ) ....................................................................................... 27

4.4.4 Concentração do corante ............................................................................................. 27 4.4.5 Tamanho da partícula do adsorvente ............................................................................ 28

4.4.6 Agitação ...................................................................................................................... 28 4.4.7 Massa de adsorvente .................................................................................................... 29

4.4.8 Efeito do tempo de contato .......................................................................................... 29 4.4.9 Efeito da temperatura .................................................................................................. 30

4.4.10 Efeito do pH .............................................................................................................. 30 4.5 CINÉTICA DE ADSORÇÃO ........................................................................................ 30

4.6 ISOTERMA DE ADSORÇÃO ....................................................................................... 31 5 METODOLOGIA ........................................................................................................... 33

5.1 COLETA E PREPARO DO MATERIAL ADSORVENTE ............................................ 33 5.2 CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL ADSORVENTE .............................................. 33

5.2.1 Teor de umidade .......................................................................................................... 33 5.2.2 Teor de cinzas ............................................................................................................. 34

5.2.3 Análise granulométrica ................................................................................................ 35 5.2.4 Espectroscopia no Infravermelho (FT-IR) ................................................................... 35

5.2.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) .............................................................. 36 5.3 ESTUDOS DE ADSORÇÃO ......................................................................................... 36

5.3.1 Índice de iodo .............................................................................................................. 37 5.3.2 Índice de Azul de Metileno .......................................................................................... 38

5.3.3 Ponto de Carga Zero (pHPCZ) ....................................................................................... 39 5.3.4 Curva de calibração para análise quantitativa do corante Direct Blue 86 ...................... 40

5.3.5 Análise quantitativa de corante adsorvido sobre pó de casca de laranja ........................ 40

5.3.6 Influência do pH na análise quantitativa do ensaio de adsorção ................................... 41 5.3.7 Influência dos componentes da casca de laranja na análise quantitativa do ensaio de

adsorção...................................................................................................................... 41 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 43

6.1 CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL ADSORVENTE .............................................. 43 6.1.1 Teor de umidade .......................................................................................................... 43

6.1.2 Teor de cinzas ............................................................................................................. 43 6.1.3 Análise granulométrica ................................................................................................ 44

6.1.4 Estrutura molecular ..................................................................................................... 45 6.1.5 Análise superficial ....................................................................................................... 48

6.2 ESTUDOS DE ADSORÇÃO ......................................................................................... 50 6.2.1 Índice de iodo .............................................................................................................. 50

6.2.2 Índice de Azul de Metileno .......................................................................................... 52 6.2.3 Ponto de Carga Zero (pHPCZ) ....................................................................................... 54

6.2.4 Curva de calibração para análise quantitativa do corante Direct Blue 86 ...................... 55 6.2.5 Análise quantitativa de corante adsorvido sobre pó de casca de laranja ........................ 56

6.2.6 Influência do pH na análise quantitativa do ensaio de adsorção ................................... 62 6.2.7 Influência dos componentes da casca de laranja na análise quantitativa do ensaio de

adsorção...................................................................................................................... 62 7 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 66

REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 68 ANEXO A – CÁLCULO DO ÍNDICE DE IODO ................................................................ 76

12

1 INTRODUÇÃO

A contaminação do ar, da água, dos sedimentos e do solo com uma vasta gama de

poluentes é um problema ambiental. A água residuária das indústrias contém diferentes tipos

de poluentes orgânicos e inorgânicos. Para exemplo, a indústria têxtil utiliza grandes volumes

de água em operações de processamento úmido (KHALED et al., 2009); de acordo com dados

do Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas (SEBRAE, 2011), o Estado do

Paraná é o quarto maior produtor têxtil do país e, com isso, gera quantidades de águas

residuárias contendo corantes dissolvidos e outros produtos. É estimado que anualmente

sejam produzidos 109 kg de corantes para emprego na indústria têxtil (SANTOS et al., 2005) e

que 30 a 60 dm3

de água são consumidos por quilograma de tecido tingido (SHIVARAJ et al.,

2001).

Os efluentes provenientes das etapas de tingimento e acabamento na indústria têxtil

são conhecidos por conter espécies coloridas com quantidades de surfactantes, sólidos

dissolvidos e de metais pesados tais como cromo, níquel e cobre. Resíduos altamente

coloridos não são apenas esteticamente desagradáveis, mas também dificultam a penetração

da luz e podem dificultar processos biológicos em corpos de água. Além disso, estes são

tóxicos para alguns organismos e, portanto, perturbam ecossistemas.

A maior parte dos corantes utilizados é estável à foto-degradação, biodegradação e

agentes oxidantes (EL NEMR et al., 2009). Assim, esforços tem sido feitos por pesquisadores

para otimizarem sistemas de tratamento para remoção de poluentes de efluentes industriais,

em particular, da indústria têxtil. Processos físicos e químicos, incluindo degradação

fotocatalítica, filtração por membranas, coagulação, ultrafiltração, eletroquímica, técnicas de

adsorção, dentre outros, têm sido utilizados ao longo do tempo (ARDEJANI et al., 2007).

A adsorção provou ser um processo eficaz e econômico na remoção da cor das águas

residuárias contendo corantes (KUMAR; PORKODI, 2007). Apesar de trabalhos

experimentais serem realizados para avaliar a capacidade e o desempenho de vários

adsorventes na remoção de corantes da indústria têxtil, pouca investigação tem sido feita para

modelar o processo e para avaliar a significância do efeito dos principais parâmetros sobre a

porcentagem de remoção de corante (ARDEJANI et al., 2007).

Materiais adsorventes são normalmente utilizados por seu comportamento favorável

ao ambiente, pela disponibilidade na natureza e por seu custo-efetivo. O carvão ativado (em

pó ou granular) é o adsorvente mais usado porque tem excelente eficiência de adsorção de

13

compostos orgânicos e metais pesados, mas seu uso é limitado devido aos custos de produção

e regeneração. Assim, uma gama de adsorventes está sendo estudada, utilizando resíduos

agrícolas (EL NEMR et al., 2009).

Dentre estes, merece destaque a acumulação de resíduos nas indústrias de laranja,

que acarreta na ocupação de terrenos e consequentemente na poluição por compostos

fenólicos devido ao despejo de resíduos. Uma vez que a casca de laranja está disponível nas

indústrias de processamento, a reciclagem destes resíduos sólidos para tratamento de águas

residuárias não só é econômica, mas, também ajuda a minimizar problemas de disposição

deste resíduo (EL NEMR et al., 2009).

Casca de laranja é em grande parte composta de pectina de celulose, hemi-celulose,

lignina e outros compostos de baixa massa molecular, incluindo calcário. Ela pode ser

utilizada como um bioadsorvente eficiente e de baixo custo para remoção de corantes

orgânicos e metais poluentes do efluente industrial. Além disso, a casca de laranja é uma

alternativa de adsorvente por sua abundância na natureza e por ser biodegradável

(ABDURRAHMAN et al., 2013).

14

2 JUSTIFICATIVA

Os corantes atualmente empregados pela indústria têxtil são compostos orgânicos

sintéticos complexos, muitos do quais tóxicos e não biodegradáveis, o que exige aplicação de

técnicas eficientes para tratamento deste tipo de efluente.

A baixa (ou quase nula) biodegradabilidade de alguns corantes impede o uso de

técnicas convencionais de tratamento biológico, sendo dada preferência para métodos físicos

e/ou químicos (GARG et al., 2003), dentre os quais se destaca a adsorção, por ser um

processo eficiente e econômico (COOPER, 1995). Pollard et al. (1992) destacaram o uso de

materiais adsorventes de baixo custo no tratamento de efluentes industriais.

A laranja (Citrus sinensis) é uma das frutas subtropicais mais consumidas no mundo,

e o Brasil destaca-se como o maior produtor e exportador mundial, com produção anual

estimada de 17,8 milhões de toneladas (safra 2013/2014) (UNITED STATES

DEPARTMENT OF AGRICULTURE, 2014).

No estado do Paraná, a produção de laranja é um setor importante na economia,

tendo registrado o valor de aproximadamente 760 mil toneladas em 2013 (INSTITUTO

BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2013).

A casca de laranja é um subproduto da agroindústria, podendo ser considerada um

passivo ambiental. Como grande parte da massa da fruta corresponde à casca e ao bagaço,

tem-se uma quantidade considerável de resíduos a ser descartada ao final do processo.

Optou-se por utilizar a casca de laranja para remoção de cor por se tratar de um

material de baixo custo, encontrado em abundância em estabelecimentos comerciais e

industriais de gêneros alimentícios, biodegradável e com características físico-químicas que

podem torná-lo apto à adsorção.

Estudos de adsorção de corantes e metais em casca de laranja têm sido reportados na

literatura, utilizando o material seco e pulverizado (SHIVARAJ et al., 2001), ou carbonizado

e quimicamente ativado (FOO; HAMEED, 2012).

O corante escolhido para realização dos ensaios de adsorção, Direct Blue 86,

pertence à classe de corante diretos, utilizados nas indústrias têxtil e papeleira, e que

apresentam afinidade por fibras celulósicas (como o algodão, por exemplo), com capacidade

de fixação na faixa de 70 a 95 %, e contendo grupos aniônicos em sua estrutura (BASTIAN

et al., 2009), o que lhes confere alta solubilidade em água, que é um solvente polar prótico.

15

3 OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar a capacidade de adsorção do pó da casca de laranja para o corante Direct

Blue 86 presente em solução aquosa.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Para cumprimento do objetivo geral foram propostos os objetivos específicos:

Coletar e preparar a casca de laranja para obter aspecto em pó;

Determinar características físico-químicas do adsorvente através do teor de umidade,

teor de cinzas, análise granulométrica, espectroscopia no infravermelho e microscopia

eletrônica de varredura;

Avaliar as propriedades adsortivas: índice de iodo, índice de azul de metileno, ponto

de carga zero, influência do tempo de contato e do pH;

Buscar as melhores condições para adsorção do corante com o pó da casca de laranja.

16

4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

4.1 LARANJA

A laranja pode ser classificada em três partes morfológicas básicas: epicarpo,

mesocarpo e endocarpo (TING; ROUSEFF, 1986). A casca da laranja (pericarpo) é formada

por duas porções, denominadas flavedo (epicarpo) e albedo (mesocarpo), indicados na

Figura 1. O flavedo representa a parte mais externa da casca, onde se encontram carotenóides,

responsáveis pela coloração, flavonóides e glândulas que possuem os óleos essenciais

aromáticos (ORTIZ, 2002 apud ZANELLA, 2013).

Figura 1. Secção transversal da laranja, apresentando a estrutura morfológica do fruto.

Fonte: adaptado de Ladaniya (2008).

Imediatamente sob o flavedo está o albedo, geralmente composto de uma camada

branca, esponjosa e espessa, formada por células parenquimatosas, ricas em lignina,

substâncias pécticas, celulósicas e hemicelulósicas (LADANIYA, 2008). A espessura e

consistência do albedo variam de espécie para espécie, e as laranjas possuem uma camada

ligeiramente mais espessa que os demais cítricos, variando de 2 a 5 mm (ZANELLA,

2013). O albedo envolve completamente a porção comestível da fruta (polpa ou endocarpo).

Após o processamento para produção do suco, cerca de 40 a 60% da massa de uma

laranja é considerado como resíduo (LICANDRO; ODIO, 2002), ou seja, há quantidade de

17

resíduos sólidos a ser destinada pelas agroindústrias e sua transformação em subprodutos é

uma alternativa de grande interesse.

Vários componentes estão presentes na casca de laranja, em destaque para ácido

ascórbico, beta-caroteno, pectina, limoneno, celulose e sacarose (LADANIYA, 2008).

4.1.1 Ácido Ascórbico

A principal contribuição de frutas cítricas na nutrição humana é, sem dúvida, o seu

fornecimento de vitaminas, especialmente o ácido ascórbico (vitamina C), que varia

consideravelmente no suco de diferentes frutas cítricas. A ingestão de uma laranja por dia

corresponde à quantidade necessária por pessoa, que é de 30 a 60 mg por dia de vitamina C,

visto que laranjas contêm geralmente 40 a 70 mg de vitamina C/100 mL de suco. A casca da

laranja também é rica em ácido ascórbico, sendo que a concentração de ácido ascórbico em

suco de laranja é de um quinto a mais do que do flavedo e um terço a mais do que do albedo

(LADANIYA, 2008).

O ácido ascórbico é um composto relacionado com carboidratos ácidos e outras

propriedades redutoras, devido ao 2,3-enediol, que é um composto muito polar e, por

conseqüência, solúvel em soluções aquosas e insolúveis em solventes não polares. A estrutura

química é apresentada na Figura 2 (FENNEMA, 2000).

OHO O

OHHO

HHO

Figura 2. Estrutura química da molécula de ácido ascórbico. Fonte: adaptado de Fennema (2000).

18

4.1.2 Beta-Caroteno

A vitamina A não está presente em frutos cítricos, como a laranja. Os precursores da

vitamina A são os α- e β-caroteno presentes no suco e casca da fruta. A vitamina A é

normalmente reportada em unidades internacionais (UIs), equivalendo a 0,3 µg.

Considerando-se que cada molécula de β-caroteno (Figura 3) proporciona uma molécula de

vitamina A (cerca de metade da sua massa molecular), 0,6 µg de β-caroteno é equivalente a

1 UI. A casca da laranja possui aproximadamente 0,02 mg/100 g de β-caroteno, representando

aproximadamente 0,3% (LADANIYA, 2008).

Figura 3. Estrutura química da molécula de beta-caroteno.

Fonte: adaptado de Fennema (2000).

4.1.3 Pectina

A pectina constitui aproximadamente a terceira parte, em base seca, da parede celular

de cascas de frutas diversas, sendo maçã e cítricos sua principal fonte comercial (CASAS-

OROZCO et al., 2015). A casca compõe cerca de metade da massa de uma laranja e é o

principal subproduto do processamento industrial deste fruto. Resíduos gerados do

processamento industrial a partir de cítricos são referidos como sendo rica fonte de pectina

(MARAN et al., 2013). A casca da laranja possui 42,5% de pectina como o componente mais

importante (REZZADORI; BENEDETTI, 2009). A pectina é um hidrato de carbono

complexo, que é um componente significativo da parede celular primária de plantas. A

pectina é um polímero do ácido galacturônico-α com um número variável de grupos éster de

metilo (MARAN et al., 2013), como mostrado na Figura 4.

19

O

HO

O

OH

C

OH

O

O

O

HO

O

O

HO

O

OH

OH

C

C

OCH3

OCH3

O

H

O

O

HOOH

C

OH

O

Figura 4. Estrutura química da cadeia de pectina.

Fonte: adaptado de Sriamornsak (2003).

4.1.4 Limoneno

O limoneno, 4-isoprenil-1-metil-ciclo-hexeno (Figura 5), faz parte da estrutura de

diversos vegetais. Por possuir um centro quiral e um carbono assimétrico, o limoneno

apresenta isomeria óptica, dois enantiômeros, sendo o S-(-)-limoneno presente em plantas e

ervas, e o R-(+)-limoneno que é o componente principal dos óleos das cascas de diversos

cítricos (limão, laranja, tangerina e toranja), um mono-terpeno monocíclico listado no Código

de Regulamento Federal como agente aromatizante (MARÓSTICA JÚNIOR, 2007;

LOPRESTO, 2014).

https://pt.wikipedia.org/wiki/Centro_quiral

https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono

https://pt.wikipedia.org/wiki/Isomeria_%C3%B3ptica

20

Figura 5. Estrutura química da molécula de R-(+)-limoneno.

Fonte: adaptado de Maróstica Júnior; Pastore (2007).

O R-(+)-limoneno é um componente que se destaca na casca de laranja,

representando aproximadamente 95 % (m/m) do óleo total, e é responsável pelo odor liberado

da fruta in natura. Além disso, é usado pela indústria farmacêutica e alimentícia como

componente aromático e para dar sabor, sendo utilizado na obtenção de sabores artificiais

(BENELLI, 2010). Existem diversas aplicações para o limoneno, como solvente para resinas,

síntese de outros compostos químicos, aplicações em borracha, tintas e agente dispersante

para óleo (MARÓSTICA JÚNIOR; PASTORE, 2007).

Aproximadamente 50 mil toneladas de R-(+)-limoneno são recuperadas ao ano como

subproduto da indústria cítrica mundial. Pela baixa solubilidade em água, geralmente o óleo

essencial é obtido no suco da laranja (MARÓSTICA JÚNIOR; PASTORE, 2007).

4.1.5 Celulose

A celulose é um polímero de cadeia longa com unidades de D-glucose, um açúcar

simples de repetição, como mostrado na Figura 6. Na cadeia da celulose, as unidades de

glucose estão em anéis de 6 membros, chamados de piranoses. Estes anéis são ligados por

átomos de oxigênio simples (ligações acetal) entre o C-1 do anel de piranose e um C-4 do anel

seguinte. A celulose é o componente estrutural mais importante das paredes das células da

planta (YASAR et al., 2007). A casca da laranja contém 9,21% de celulose (REZZADORI;

BENEDETTI, 2009).

21

O

O

H

HO

HOH

H

n

H

Figura 6. Estrutura química da molécula de celulose. Fonte: adaptado de Mohan et al. (2006).

4.1.6 Sacarose

A sacarose é composta por frutose e glicose unidas pelos extremos redutores,

α-D-glicopiranose e β-D-frutofuranosil, sendo considerado um poliol (Figura 7). Uma vez que

não têm extremidade redutora livre, a sacarose é um açúcar não redutor (FENNEMA, 2000).

OO

O

H

CH2OH

HH

OH

H

H

OH

H

CH2OH

HOH

H

CH2OH

HO

HO

Figura 7. Estrutura química da molécula de sacarose.

Fonte: adaptado de Fennema (2000).

Os açúcares livres em sucos cítricos são predominantemente glicose, frutose,

sacarose e xilose (em quantidades residuais). Os açúcares são distribuídos nas frutas cítricas

na proporção de 2:1:1 de sacarose, glicose e frutose, respectivamente (LADANIYA, 2008). A

casca da laranja possui 16,9% de açúcares solúveis, sendo de frutose, glicose e sacarose

(REZZADORI; BENEDETTI, 2009).

22

4.2 CORANTE DIRECT BLUE 86

O corante Direct Blue 86 (DB 86) pertence ao grupo dos corantes diretos, que foram

originalmente criados para uso no tingimento de algodão. No Índice Internacional de Cores

(Colour Index), banco de dados para fabricantes e para o setor químico, este pigmento

corresponde ao código CI 74180. Corantes diretos são definidos como corantes aniônicos,

com grande afinidade pela celulose, à qual se ligam a partir de aplicação em banho neutro ou

levemente alcalino, próximo ou no ponto de ebulição, com adições de cloreto ou sulfato de

sódio (BASTIAN et al., 2009).

No Brasil, o DB 86 é comercializado com o nome Azul Turquesa GLL 160%. A letra

G sugere presença de pigmento amarelo (do alemão gelb), a letra L indica resistência ao

desbotamento (lightfastness), ou seja, à ação da luz, e a porcentagem refere-se à força do

pigmento com menos diluentes em relação ao pigmento puro (CHOUDURY, 2006).

Segundo informações contidas na Ficha de Informação de Segurança de Produtos

Químicos (FISPQ), fornecida pela empresa Coratex (2013), o DB 86 tem solubilidade de 90 a

100 g/L a 80 °C e biodegradabilidade inferior a 10%.

A fórmula química do DB 86 é C32H14CuN8Na2O6S2 e sua estrutura compreende um

grupo cobre ftalocianina, como mostrado na Figura 8.

23

Figura 8. Estrutura química da molécula do corante DB 86.

Fonte: adaptado de El Nemr et al. (2009).

As ftalocianinas são formadas por quatro moléculas de isoindol conectadas através

de átomos de nitrogênio. No DB 86, a ftalocianina se coordena a um átomo de cobre, o que

lhe confere cor azul característica. Os grupos sulfônicos presentes na estrutura propiciam a

solubilidade em água e podem ser encontrados em diferentes posições dos anéis aromáticos.

4.3 CARACTERIZAÇÃO DO MATERIAL ADSORVENTE

A caracterização físico-química do pó de casca de laranja (PCL) compreende as

análises de determinação de teor de umidade, teor de cinzas, granulometria e espectroscopia

no infravermelho, com o intuito de avaliar as propriedades do PCL e seu desempenho como

material adsorvente.

Cu

NN

N

N

N

N

N

N

S

O

O

Na+ -O

S

O

O

O- Na+

24

4.3.1 Teor de umidade

O teor de umidade, expresso em porcentagem em massa, é um indicativo da

porosidade do material na saturação. A quantidade total de água presente em uma amostra é a

combinação das umidades superficial e inerente ao material. A absorção de água na amostra

ocorre de forma cumulativa durante todas as etapas do processamento do material, desde a

fabricação e transporte até o armazenamento (PIZA, 2008 apud LOUREIRO, 2012). Cascas

de laranja secas em pó apresentam índices de umidade abaixo de 10%, como observado por

Gonçalves et al. (2001).

4.3.2 Teor de cinzas

As cinzas podem ser definidas como impurezas minerais presentes no material

analisado, provenientes da combinação entre materiais orgânicos e inorgânicos, que se

formam quando a amostra é calcinada. O teor de cinzas varia de acordo com a matéria-prima

e com o tipo de processamento (LOUREIRO, 2012), e é um indicador da qualidade de

carvões ativados (JAGUARIBE et al., 2005) e, por conseguinte, de materiais adsorventes em

geral.

4.3.3 Análise granulométrica

A caracterização granulométrica tem por finalidade conhecer a dimensão das

partículas que compõem o material. A área de contato é inversamente proporcional ao

tamanho das partículas, logo, as frações de menor granulometria tendem a favorecer a

adsorção (WORCH, 2012).

O diâmetro das partículas também influi no dimensionamento de filtros para

tratamento de água, definindo, em função da porosidade do material, qual será a espessura de

camada filtrante. Quanto menor a dimensão do grão, menor será a espessura da camada; no

25

entanto, a porosidade será reduzida, o que irá aumentar a perda de carga do filtro (DI

BERNARDO; DANTAS, 2005).

4.3.4 Espectroscopia no Infravermelho

Com a espectroscopia no infravermelho é possível obter informações sobre estrutura

molecular do material em análise. Pois, as ligações químicas das substâncias que constituem o

material possuem frequências de vibração específicas, as quais correspondem a níveis de

energia vibracionais da molécula (PAVIA et al., 2009). Com isto, a espectroscopia no

infravermelho permite identificar os grupos funcionais presentes nas moléculas da amostra de

um material.

Amostras sólidas podem ser preparadas pela técnica da prensagem em pastilha de

brometo de potássio (KBr), suspensão em óleo mineral ou refletância total atenuada

(Attenuated Total Reflection – ATR) (SILVERSTEIN et al., 2007). O método de preparação

de pastilha de KBr requer equipamento específico para o preparo da pastilha (prensa),

enquanto a suspensão em óleo mineral é vantajosa pela rapidez de preparação da amostra

(COLTHUP et al., 1990); a técnica de ATR, por sua vez, requer pouco ou nenhum preparo da

amostra, e permite análises mais rápidas.

O equipamento a ser utilizado para esta análise é operado pela técnica de

transformada de Fourier (FT-IR), na qual não é utilizado monocromador, o que reduz o tempo

de análise, e fornece espectros de alta resolução a partir de um interferograma de um sinal da

amostra (SILVERSTEIN et al., 2007).

4.3.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

As imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura permitem visualizar a

topografia e morfologia da superfície do adsorvente (ALBRIGHT, 2009). O microscópio

eletrônico fornece imagens tridimensionais, onde o contraste entre áreas claras e escuras

auxilia na avaliação da estrutura superficial e do tamanho das partículas do material analisado.

26

4.4 FATORES QUE INFLUENCIAM NO PROCESSO DE ADSORÇÃO

Além das características do adsorvente, as condições experimentais podem afetar

diretamente no processo de adsorção. A influência do fator é estudada através da variação

deste durante o processo, enquanto as demais propriedades permanecem constantes. Fatores

como: índice de iodo, índice de metileno, ponto de carga zero (pHPCZ), concentração do

corante, tamanho da partícula do adsorvente, agitação, quantidade de adsorvente, efeito do

tempo de contato, temperatura e pH devem ser analisados juntamente com sua influência no

processo de adsorção.

4.4.1 Índice de iodo

O índice de iodo (ou número de iodo) é definido como a quantidade de iodo, em

massa, adsorvida por unidade de massa de adsorvente, quando o material adsorvente é

colocado em equilíbrio com uma solução de iodo de 0,05 mol·dm-3

. Este fornece, portanto,

um índice de porosidade referente a microporos, e é um dos métodos mais simples de

determinação da capacidade de adsorção (ASTM, 2006; CAVALCANTI, 2009).

A adsorção de iodo requer poros com diâmetro inferior a 1 nm; pode interpretar-se

também que o índice de iodo está relacionado à adsorção de moléculas de baixa massa

molecular (DI BERNARDO; DANTAS, 2005). O índice de iodo pode ser adotado como

parâmetro de caracterização da área específica interna, para fins de comparação com outros

materiais adsorventes (WORCH, 2012).

4.4.2 Índice de Azul de Metileno

Com o índice de Azul de Metileno (AM) é avaliada a capacidade de um material

adsorver moléculas de tamanho próximo ao da molécula de AM (C16H18ClN3S)

(MUCCIACITO, 2006), o que pode ser observado pela diminuição da concentração de uma

solução padrão de AM. Este índice está relacionado à mesoporosidade do material adsorvente,

27

uma vez que a adsorção da molécula de AM requer poros com abertura de aproximadamente

2,0 nm (WARHURST et al., 2007, DI BERNARDO; DANTAS, 2005).

4.4.3 Ponto de Carga Zero (pHPCZ)

Nos processos de adsorção, a variação do pH tem a capacidade de afetar a carga

superficial do adsorvente, e o ponto de carga zero (pHPCZ) ou ponto isoelétrico corresponde ao

pH em que a carga superficial do adsorvente é igual a zero (AL-DEGS et al., 2000). A

determinação do pHPCZ, portanto, é fundamental para verificar se a superfície do adsorvente

tem maior propensão para se tornar positiva ou negativamente carregada em função do pH do

meio reacional. A mudança de pH pode afetar sensivelmente a capacidade de adsorção:

quando o pH estiver abaixo do valor do pHPCZ, a adsorção de ânions será favorecida, enquanto

valores de pH superiores ao pHPCZ irão favorecer a adsorção de cátions (COUTO JUNIOR,

2012; YANG, 2003).

4.4.4 Concentração do corante

A concentração do corante no efluente é importante uma vez que uma dada massa de

material adsorvente adsorve até a saturação de corante (BENAISSA, 2008). A massa de

corante adsorvido sobre o adsorvente em uma concentração inicial baixa de corante é menor

do que os valores correspondentes a concentrações iniciais maiores. Por outro lado, a

porcentagem de remoção de corante é maior em baixas concentrações iniciais de corante e

menor em concentrações iniciais mais elevadas, o que claramente indica que a adsorção de

um corante a partir da solução aquosa é dependente da sua concentração inicial (KHALED

et al., 2009).

O efeito da concentração inicial de corante depende da relação direta entre a

concentração do corante e os sítios disponíveis na superfície do adsorvente. Em geral, a

porcentagem de remoção de corante diminui com um aumento na concentração inicial do

corante, o que pode ser devido à saturação da adsorção nos locais na superfície do adsorvente

(KHALED et al., 2009).

28

4.4.5 Tamanho da partícula do adsorvente

Uma vez que a adsorção é um fenômeno de superfície, o tamanho das partículas do

adsorvente é considerado um dos fatores mais importantes no processo. A superfície

específica para partículas pequenas é maior, devido a maior disponibilidade de sítios para

adsorção das moléculas do adsorvato, ou seja, quanto mais fino estiver o material adsorvente,

maior a área de contato, maior será a capacidade de adsorção. Para partículas maiores, a

resistência ao transporte de massa por difusão é maior e uma porção da parte interna da

partícula pode não estar disponível para a adsorção (SEKAR et al., 2004).

Grandes moléculas de corante não são capazes de penetrar em alguns dos poros

internos das partículas do material adsorvente quando seu tamanho é elevado. O acesso aos

poros é facilitado com partículas menores, o que resulta na maior adsorção (BHATNAGAR;

JAIN, 2005).

O tamanho de partícula do adsorvente tem influência significativa sobre a cinética de

adsorção. A capacidade de adsorção é diretamente proporcional à área total exposta e

inversamente proporcional ao diâmetro da partícula do adsorvente. A presença de um grande

número de partículas pequenas proporciona para o sistema de adsorção maior área de

superfície disponível para remoção do corante (KHATTRI; SINGH, 2009).

4.4.6 Agitação

Baldissarelli (2006) identifica que o aumento no grau de agitação ou velocidade de

agitação de um sistema de adsorção sólido-líquido reduz a resistência da camada periférica

que cerca a partícula do adsorvente e aumenta a mobilidade do sistema, ocasionando aumento

da taxa de remoção.

O grau de agitação das partículas no sistema pode aumentar a velocidade de adsorção

se esta é controlada por difusão. Em velocidades de agitação baixas, a película em torno da

partícula é mais espessa. Se a cinética de adsorção é influenciada pelo transporte de massa

adsorvida à superfície da partícula, é provável que, em maior velocidade de agitação, a

velocidade de adsorção aumenta e o equilíbrio é atingido em um tempo menor (KHATTRI;

SINGH, 2009).

29

4.4.7 Massa de adsorvente

A massa de adsorvente é um parâmetro importante para determinar a capacidade de

um adsorvente para uma dada massa de adsorvato em condições de funcionamento. Em geral,

a percentagem de remoção de corante aumenta com o aumento da dosagem de adsorvente,

onde a quantidade de locais de adsorção na superfície do adsorvente vai aumentar pelo

aumento da quantidade de adsorvente. (YAGUB et al., 2014).

Quando se mantém a concentração inicial do adsorvato e as outras variáveis do

sistema permanecem constantes, o aumento da massa de adsorvente aumenta a taxa de

adsorção, o que pode ser atribuído ao aumento da área de superfície adsorvente e

disponibilidade de mais sítios de adsorção (EL NEMR et al., 2009). O equilíbrio é atingindo

em um tempo menor quando há um aumento da massa do adsorvente (KHALED et al., 2009).

4.4.8 Efeito do tempo de contato

Em sistemas de adsorção a taxa de remoção do adsorvato na solução aquosa é

principalmente controlada pelo transporte das moléculas dos sítios externos para o interior das

partículas do adsorvente (KANNAN; SUNDARAM, 2001). Sendo assim, a quantidade do

corante adsorvido aumenta com o tempo e, em algum ponto no tempo atinge valor constante.

Neste ponto, a quantidade de corante a ser adsorvido no adsorvente está em estado de

equilíbrio dinâmico com a quantidade de corante, além de não ser mais removido a partir da

solução. O tempo requerido para atingir este estado de equilíbrio é denominado tempo de

equilíbrio e, a quantidade de corante adsorvido no tempo de equilíbrio reflete na capacidade

de adsorção do adsorvente sob aquela condição de funcionamento (ÖZACAR; SENGIL,

2003).

O aumento no tempo de contato entre adsorvato e adsorvente pode ser atribuído ao

fato de quanto mais tempo disponível para o corante fazer um complexo de atração com o

adsorvente, maior será a remoção de corante. A remoção inicial ocorre rapidamente, logo que

o adsorvente e o adsorvato entram em contato. Após este período, o corante precisa de mais

tempo para descobrir locais ativos para adsorção. Assim, a porcentagem de remoção aumenta

ao longo do tempo até atingir o equilíbrio (ABDURRAHMAN et al., 2013).

30

4.4.9 Efeito da temperatura

O efeito da temperatura é outro parâmetro físico-químico significativo, pois altera a

capacidade de adsorção do adsorvente. Se a quantidade de adsorção aumenta com o aumento

da temperatura, a adsorção é um processo endotérmico. Isto pode ser devido ao aumento da

mobilidade das moléculas de corante, este aumento pode diminuir o tempo para o sistema

atingir o equilíbrio, mas não a quantidade adsorvida. Considerando a diminuição da

capacidade de adsorção com o aumento da temperatura, indica que a adsorção é um processo

exotérmico. Isto pode ser devido ao aumento da temperatura diminuir as forças de adsorção

entre as espécies de corantes e os sítios ativos sobre a superfície do adsorvente, como

resultado da diminuição da quantidade de adsorção (YAGUB et al., 2014).

4.4.10 Efeito do pH

Um dos fatores mais importantes que afetam a capacidade do adsorvente no

tratamento de águas residuárias é o pH do meio. A eficiência de adsorção é dependente do pH

do meio, uma vez que a variação do pH leva à variação do grau de ionização de determinadas

substâncias que irão adsorver e das propriedades da superfície do adsorvente (YAGUB,

2014).

A remoção de corantes por adsorção pode ser influenciada pelo pH da solução,

afetando a natureza da carga de superfície do adsorvente, bem como o grau de ionização e

especiação das espécies da solução aquosa e consequentemente, a capacidade de adsorção.

Uma vez que o pH influencia o processo de adsorção, ele afeta a dissociação de grupos

funcionais sobre o adsorvato e adsorvente (KHATTRI; SINGH, 2009).

4.5 CINÉTICA DE ADSORÇÃO

A principal questão na pesquisa de mecanismo de adsorção é selecionar um modelo

matemático que não só se ajusta aos dados com precisão, mas também está de acordo com um

31

mecanismo de adsorção razoável (LAZARIDIS et al., 2003). Várias etapas podem ser usadas

para analisar o controle do mecanismo no processo de adsorção, como reação química,

transporte de massa, dentre outras.

Modelos, equações de velocidade, são usados para ajustar dados experimentais da

cinética de adsorção de corante sobre um adsorvente (EL NEMR et al., 2009). A cinética de

adsorção do corante em material adsorvente é um pré-requisito para escolha das melhores

condições de funcionamento para processos em lote de grande escala (YAGUB, 2014). Os

parâmetros cinéticos são úteis para previsão da velocidade de adsorção e fornecimento de

informações importantes para concepção e modelagem (EL NEMR et al., 2009).

Análises cinéticas, não só permitem estimar velocidades de adsorção, mas também

conduzem a expressões de velocidades características de mecanismos de reação. A equação

da velocidade não oferece informação suficiente para estabelecer o mecanismo de reação, mas

quando determinada experimentalmente pode ser de grande importância no que se refere ao

tempo e quantidade de materiais consumidos durante o experimento (LAZARIDIS et al.,

2003).

4.6 ISOTERMA DE ADSORÇÃO

A relação entre a quantidade de uma substância adsorvida por unidade de massa de

adsorvente a temperatura constante e sua concentração na fase líquida ou gasosa no equilíbrio

é chamada de isotérmica de adsorção. A isoterma de adsorção é importante tanto no ponto de

vista prático, como teórico. A fim de otimizar o projeto de um sistema de adsorção para

remover o corante, é importante estabelecer as correlações mais apropriadas, os dados de

equilíbrio de cada sistema (EL NEMR et al., 2009).

Os parâmetros obtidos a partir dos diferentes modelos de isotermas de adsorção

fornecem informações importantes sobre as propriedades de adsorção, da superfície do

adsorvente e afinidades com o adsorvato (EL NEMR et al., 2009). A isoterma de adsorção é

significativa para a explicação de como o adsorvente interage com o adsorvato, eles

desempenham um papel importante na compreensão do mecanismo de adsorção (YAGUB

et al., 2014).

Relações de equilíbrio entre adsorvente e adsorvato são descritas por isotermas de

adsorção, geralmente a razão entre a quantidade adsorvida e a que permanece na solução a

32

uma temperatura fixa, no equilíbrio (ARAMI et al., 2005). Existem várias equações

isotérmicas disponíveis para análise experimental dos dados de equilíbrio de adsorção

(MAFRA et al., 2013).

33

5 METODOLOGIA

5.1 COLETA E PREPARO DO MATERIAL ADSORVENTE

Inicialmente, cascas de laranja foram obtidas em restaurantes da região de Curitiba

que produzem suco diariamente. O material descartado consiste majoritariamente do epicarpo

(flavedo) e mesocarpo (albedo), que compõem a casca do fruto, com resíduos de endocarpo

(polpa). Uma vez coletadas, as cascas foram colocadas em bandejas metálicas e levadas à

estufa para secagem a 45 °C por 36 h para remoção da umidade e de algumas substâncias

voláteis. Após a secagem, as cascas foram trituradas em liquidificador industrial até obtenção

de um pó fino. Posteriormente, o pó foi acondicionado em freezer (temperatura aproximada

de -4 °C), dentro de recipientes plásticos tampados, com o intuito de retardar a degradação do

material. Antes de cada ensaio, a quantidade de pó necessária foi transferida para um

dessecador, onde permaneceu por um período mínimo de 24 h, a fim de remover a umidade

residual decorrente do congelamento.


O pó de casca de laranja (PCL) foi submetido a diferentes ensaios físico-químicos,

com o intuito de verificar suas propriedades e justificar suas propriedades de adsorção. A

caracterização deste material compreendeu as análises de determinação do teor de umidade,

teor de cinzas, índice de iodo, índice de azul de metileno, granulometria, espectroscopia no

infravermelho (FT-IR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV).


A determinação do teor de umidade foi realizada conforme a norma ASTM D2867

(2004), com análises em triplicata. Em três béqueres de 50 cm3 foram colocados, em cada um,

34

2,0 g de PCL, previamente peneirado em peneira nº 50 (abertura de 300 μm). Em seguida, os

béqueres foram colocados em estufa (MedClave, mod. 2) a 150 °C por 3 h. Após resfriarem

em dessecador, as massas foram medidas novamente. O teor de umidade foi calculado a partir

da Equação 1:

(1)

Em que:

TU = teor de umidade

B = massa do recipiente

C = massa do recipiente contendo a amostra original

D = massa do recipiente contendo a amostra seca.


A determinação do teor de cinzas foi realizada seguindo as instruções contidas na

norma ASTM D2866-94 (1999), com ensaios em triplicata. Cadinhos de porcelana foram

colocados em mufla (Zezimaq, mod. FHMP DigiMec) a 650 ºC por um período de uma hora.

Após a calcinação, os cadinhos foram resfriados em dessecador e as suas massas

determinadas em balança analítica (Precisa, mod. Mark 210A). Após, os cadinhos foram

embalados com papel filme e armazenados em dessecador. Amostras de aproximadamente 9 g

de PCL foram secos em estufa (MedClave, mod. 2) a 150 ºC por 3 h e em seguida transferidas

para o dessecador. Aproximadamente 5 g de PCL seco foram colocados nos cadinhos e

levados à mufla a 650 °C por 6 h. Após esse tempo, foram levados ao dessecador e, depois do

resfriamento, suas massas foram determinadas em balança analítica. O teor de cinzas foi

determinado a partir da Equação 2:

(2)

Em que:

TC = teor de cinzas

B = massa do cadinho calcinado

100B)(C

D)(C(%) TU

100B)(C

B)(D(%) TC

35

C = massa do cadinho calcinado contendo a amostra seca

D = massa do cadinho contendo cinzas.


A composição granulométrica foi determinada segundo procedimentos descritos na

norma ABNT NBR NM 248 (2001). A massa mínima de amostra necessária para o ensaio, de

300 g (de acordo com a norma), foi previamente seca em estufa (MedClave, mod. 2) a 110 °C

e resfriada à temperatura ambiente em dessecador. Foi montado um conjunto de 5 peneiras

com abertura de malha em ordem crescente da base para o topo, de 0,075 mm, 0,149 mm, 0,3

mm, 0,6 mm e 1,18 mm.

Após a colocação da amostra sobre o conjunto de peneiras, este foi tampado e

submetido à agitação durante 8 minutos em agitador mecânico. Depois do tempo de agitação,

cada peneira foi retirada do conjunto, começando pela peneira de maior abertura, e o material

nela contido foi transferido para um cadinho previamente tarado, para então determinar a

massa da fração retida naquela peneira.

Com base nos resultados obtidos da fração em massa de amostra retida em cada

peneira, foi possível construir o gráfico da curva granulométrica.

5.2.4 Espectroscopia no Infravermelho (FT-IR)

Dentre os métodos de análise por espectroscopia no infravermelho aplicáveis a

amostras sólidas, optou-se pela técnica de refletância total atenuada (ATR), por não exigir

preparo específico da amostra.

Por se tratar de um material particulado, o PCL necessita ser previamente seco em

estufa para reduzir a umidade, que causa interferências no espectro. A amostra foi submetida

à secagem a 45 °C por 36 h (estufa MedClave, mod. 2), mesma condição adotada para o PCL

que foi posteriormente utilizado nos ensaios de adsorção.

36

A análise de infravermelho do PCL foi realizada em um espectrômetro Shimadzu –

FTIR, modelo 8300, com o acessório de ATR com cristal de seleneto de zinco, utilizando a

amostra pulverizada.

Antes da análise da amostra, o equipamento executou um espectro de fundo

(background), que tem a finalidade de subtrair a influência dos componentes do ar. Em

seguida, uma pequena quantidade de amostra foi posicionada sobre o acessório de ATR, e os

espectros foram obtidos na faixa de 4000 a 650 cm-1

, usando 32 varreduras acumuladas para

formar o espectro final.

Depois de atravessar a interface entre o cristal e a amostra, o sinal proveniente do

feixe de IV foi medido e transformado em um interferograma, no qual é fornecida a potência

do feixe de referência e da amostra em função da posição do espelho óptico fixo e móvel.

Através de transformadas de Fourier, são calculados ponto a ponto os valores de transmitância

em relação ao espectro de absorção, através do software do equipamento. Deste modo,

obteve-se o espectrograma com o nível de potência do feixe de referência e da amostra em

função do comprimento de onda.

5.2.5 Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)

Por se tratar de um material poroso, o PCL necessita de secagem por no mínimo 24 h

antes da análise de MEV. Uma vez seca, a amostra particulada foi fixada a um suporte

metálico (stub) com fita dupla-face para posteriormente ser metalizada e ser feita a varredura.

A metalização é necessária pelo fato do PCL não ser um material condutor de eletricidade.

A estrutura do PCL foi observada através de imagens obtidas pelo microscópio de

varredura eletrônica (MEV) Zeiss, modelo EVO MA15, com tensão de 20,00 kV e diâmetro

do feixe 10,0 mm.

5.3 ESTUDOS DE ADSORÇÃO

Para explorar a viabilidade da utilização do pó de casca de laranja (PCL) como

adsorvente, foram realizados estudos de adsorção que compreenderam análises de índice de

37

iodo, índice de azul de metileno, ponto de carga zero (pHPCZ), curva de calibração para análise

quantitativa do corante Direct Blue 86, análise quantitativa de corante adsorvido sobre pó de

casca de laranja, influência do pH e dos componentes da casca de laranja na análise

quantitativa do ensaio de adsorção.


O índice de iodo foi determinado de acordo com procedimentos descritos nas normas

NBR 12073 (1991a) e ASTM D4607 (2014), e apresentação dos resultados foi feita de acordo

com a ASTM D4607 (2014), em triplicata. Primeiramente, foram preparadas soluções de

dicromato de potássio 0,01 mol·dm-3

, solução de ácido clorídrico (HCl) 1:5 (v/v), solução

indicadora de amido 0,5% (m/v), solução de tiossulfato de sódio 0,1 mol·dm-3

e solução de

iodo 0,05 mol·dm-3

, de acordo com a metodologia descrita no Anexo B da NBR 12073

(1991a).

Massas de (2,0000 ± 0,0001) g, (3,0000 ± 0,0001) g e (4,0000 ± 0,0001) g do PCL

(medidas em balança analítica Precisa, mod. Mark 210A), previamente seco em estufa

(MedClave, mod. 2) a 130 °C durante 3 h, foram transferidas para béqueres de 250 cm3 e

acrescidas de 10 cm3 da solução de HCl. Os béqueres foram aquecidos até a ebulição da

solução, e então resfriados a temperatura ambiente. Em seguida, foram adicionados 100 cm3

da solução de iodo em cada béquer, que foi agitado durante 30 s.

Os conteúdos dos béqueres foram filtrados em papel de filtro qualitativo, descartando

os primeiros 30 cm3 filtrados e recolhendo os 50 cm

3 seguintes para serem posteriormente

titulados com a solução de tiossulfato de sódio, até obtenção de coloração amarelada. Então,

2 cm3 da solução indicadora de amido foram adicionados em cada béquer e prosseguiu-se

com a titulação até o desaparecimento da coloração azul. Por fim, foi determinada a

quantidade de iodo adsorvida pela diferença entre a quantidade inicial e final (no filtrado).

Os cálculos dos fatores de correção das soluções e a obtenção do índice de iodo

encontram-se descritos de forma mais detalhada no Anexo A.

38


O índice de Azul de Metileno foi determinado de acordo com metodologia descrita

por Xavier (2007), baseada na norma JIS 1474/1991, em triplicata.

Foram preparadas três soluções, sendo ácido etanóico 5% (v/v), ácido etanóico

0,25% (v/v) e azul de metileno (solução estoque). Para a solução de azul de metileno, avalia-

se inicialmente a umidade da substância por secagem de uma amostra de 1,2 g até massa

constante; após, pesa-se 0,1200 g de AM, descontado o teor de umidade, e faz-se a dissolução

em volume de ácido etanóico 5% (v/v) suficiente para aferir um balão volumétrico de

1,00 dm3.

Em seguida, preparou-se curva de calibração a partir de alíquotas de 1 cm3, 2 cm

3,

3 cm3, 4 cm

3, 5 cm

3 e 6 cm

3 retiradas da solução estoque de AM diluídas em solução de ácido

etanóico 0,25% (v/v), aferidas em balão volumétrico de 100 cm3. Cada diluição foi analisada

no UV-visível com espectrofotômetro Hach (mod. DR 5000), de modo a registrar os

respectivos valores de absorbância. Por regressão linear, obteve-se a equação da reta que

relaciona absorbância e concentração residual de AM.

Cada amostra do PCL foi seca em estufa (MedClave, mod. 2) por 2 h a 150 ± 5 °C e

resfriada em dessecador até atingir a temperatura ambiente. Três erlenmeyers de 250 cm3

receberam 0,0200 g de amostra e 50 cm3 da solução estoque de AM (cada), e foram mantidos

sob agitação a 143 rpm, à temperatura de 26 °C, por 30 minutos. Passado este tempo, cada

solução foi filtrada em papel filtro, desprezando os primeiros 20 cm3. Uma alíquota de

1,00 cm3 da solução restante foi transferida para um balão volumétrico de 100 cm

3, que foi

aferido com solução de ácido etanóico 0,25% (v/v).

Por fim, cada amostra foi analisada no espectrofotômetro UV-visível, na faixa de 400

a 800 nm. Com base na curva de calibração, foi possível obter as concentrações de AM das

amostras a partir dos valores da absorbância medidos no comprimento de onda 665 nm.

Com a concentração do AM residual na amostra (CAMR), calculada através da

equação da reta, foi obtida a massa de AM não adsorvida pela amostra (residual), de acordo

com a Equação 3:

(3)

2,00Cm fAMR

39

Em que:

mAMR = massa de azul de metileno residual

Cf = concentração final da solução de azul de metileno

2,00 = fator de multiplicação devido à diluição 1:100 da alíquota de 50 cm3 de solução.

A massa do AM adsorvida pelo PCL é dada pela diferença entre a massa do AM

presente na alíquota de 50 cm3 de solução usada para cada amostra (6,0x10

-3 g) e a massa do

AM em solução ao final do ensaio, como mostrado na Equação 4:

(4)

Em que:

mAMA = massa de azul de metileno adsorvida.

O índice de azul de metileno (IAM) corresponde à massa de AM adsorvida por grama

de adsorvente, em mg·g-1

, como mostrado na Equação 5:

(5)

Em que:

mPCL = massa de PCL utilizada.


O ponto de carga zero (pHPCZ) foi determinado através de adaptação da metodologia

descrita por Couto Junior (2012). Inicialmente, 11 erlenmeyers de 125 cm3 foram preenchidos

com 100 cm3 de água destilada. Em cada um destes erlenmeyers, o pH foi ajustado para os

valores 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12, utilizando soluções de H2SO4 0,005 mol·dm-3

e

NaOH 0,005 mol·dm-3

.

Após o ajuste de pH das soluções, foram acrescentados a cada erlenmeyer 0,10 g de

PCL. Em seguida, os erlenmeyers foram mantidos em mesa agitadora, a 120 rpm e à

temperatura de 25 °C durante uma hora. Ao fim deste período, o conteúdo de cada erlenmeyer

AMR

3

AMA mg6,0x10m

PCL

AMAAM

m

mI

40

foi filtrado em papel filtro qualitativo, e foi feita a medição do pH de cada solução. O

procedimento experimental foi realizado em duplicata. Por fim, o pHPCZ foi obtido pela

análise do gráfico pH final versus pH inicial das soluções.

5.3.4 Curva de calibração para análise quantitativa do corante Direct Blue 86

Uma solução estoque do corante 0,15 g·dm-3

foi preparada por dissolução de 0,15 g

do corante DB 86 (Corasol Turquesa/Azul Turquesa GLL 160%, cedido pela Siebert Química

Ltda, Coratex, Gaspar, SC) em 1 dm3 de água destilada. Com um pHmetro de bancada

PHTEK, previamente calibrado, foi medido o pH da solução.

A partir da solução estoque, diferentes soluções de concentrações 0,00375; 0,00750;

0,01500; 0,02250; 0,03000; 0,03750 e 0,04500 g·dm-3

foram preparadas e obtidos os

respectivos espectros de UV-visível. Para tal medida foi empregado um espectrofotômetro

Hach UV-Vis, modelo DR 5000.

A partir das diferentes soluções preparadas, os espectros foram obtidos, e construiu-

se um gráfico da absorbância no comprimento de onda 620 nm (comprimento de onda de

absorbância máximo) versus concentração, obtendo-se assim a curva de calibração.

Como nos ensaios de adsorção o adsorvente é separado da solução por filtração,

através do papel filtro qualitativo, diâmetro 18,5 cm, marca Qualy, a curva de calibração foi

feita com a solução de corante filtrada e não filtrada para comparação de resultados. Este

procedimento foi feito em duplicata.

5.3.5 Análise quantitativa de corante adsorvido sobre pó de casca de laranja

Para o primeiro ensaio de adsorção, foram adicionados 100 cm3 da solução estoque

em 20 erlenmeyers de 125 cm3 contendo massas de 1,0 g do PCL. Os erlenmeyers foram

colocados em mesa agitadora Shaker, modelo SL222, e mantidos sob agitação constante de

120 rpm a temperatura de 30 ºC. Alíquotas de 10 cm3 foram retiradas dos erlenmeyers em

intervalos de tempo de 10 minutos, durante 200 minutos. Após o intervalo de tempo

41

de 10 minutos, foram retirados 10 cm3 de um erlenmeyer e o mesmo era descartado, após

mais 10 minutos, foram retirados 10 cm3 de outro erlenmeyer e assim sucessivamente.

O adsorvente foi separado da solução por filtração em papel filtro qualitativo com

diâmetro de 18,5 cm da marca Qualy. A concentração residual do adsorvato foi determinada

através das medidas de absorbância e da curva de calibração, sendo construído o gráfico

concentração versus tempo.

Foi feito um segundo ensaio de adsorção, semelhante ao primeiro, para testar tempos

longos de adsorção. As alíquotas de 10 cm3 foram retiradas dos erlenmeyers em intervalos de

tempo de aproximadamente 12 horas, durante 6 dias e 12 horas. Além da construção do

gráfico concentração versus tempo, foram obtidos espectros de UV-visível para cada retirada

de alíquota.

5.3.6 Influência do pH na análise quantitativa do ensaio de adsorção

Para saber se o pH interfere na análise quantitativa no ensaio de adsorção, foi

preparado, a partir da solução estoque de 0,15 g·dm-3

, uma solução de concentração de

1,5x10-2

g·dm-3

e através desta foram ajustados os valores de pH para 2,06; 4,40; 6,00; 8,89;

10,51; 12,48 com solução de ácido sulfúrico 0,005 mol·dm-3

e de hidróxido de sódio

0,005 mol·dm-3

em pHmetro de bancada PHTEK, previamente calibrado. Foram obtidos

espectros de UV-visível para cada ajuste de pH.

5.3.7 Influência dos componentes da casca de laranja na análise quantitativa do ensaio de

adsorção

Para ver se houve interferência dos componentes da casca no ensaio de adsorção, foi

feito um terceiro ensaio, no qual foram adicionados 100 cm3 de água destilada em 8

erlenmeyers de 125 cm3 contendo massas de 1,0 g do PCL. Os erlenmeyers foram mantidos

na mesa agitadora Shaker, modelo SL222, sob agitação constante de 120 rpm a temperatura

de 30 ºC. Alíquotas de 10 cm3 foram retiradas dos erlenmeyers em intervalos de tempo de

42

aproximadamente 12 horas, durante 4 dias para obtenção de espectros de UV-visível para

cada retirada de alíquota.

43

6 RESULTADOS E DISCUSSÃO


As características físico-químicas do PCL foram avaliadas através dos resultados das

análises de teor de umidade, teor de cinzas, índice de iodo, índice de azul de metileno,

granulometria, espectroscopia no infravermelho (FT-IR) e microscopia eletrônica de

varredura (MEV).


O teor de umidade encontrado para a amostra de PCL foi (6,86 ± 0,21) %, similar ao

valor encontrado por Khalfaoui et al. (2014), de 5,25%, para cascas de laranjas calcinadas, e

inferior aos valores obtidos por Miranda et al. (2009) e Kamsonlian et al. (2011), 9,2% e

10,32%, respectivamente, para cascas de laranja secas em estufa.

Na norma ABNT NBR 2133 (1991b) é determinado que carvões ativados não devem

apresentar teor de umidade superior a 8%, logo, o PCL atende a esta especificação. Teores de

umidade altos em carvões ativados não são desejáveis, pois sugerem a presença de grande

quantidade de grupos oxidados em sua superfície (LAGORSSE et al., 2005).


O teor de cinzas encontrado para o PCL foi (2,79 ± 0,06) %, e é similar aos valores

indicados por Nassar et al. (2008), de 2,61%, Miranda et al. (2009), de 2,94%, e Kamsonlian

et al. (2011), de 3,10%, para cascas de laranja secas em estufa. Um valor próximo, 2,986%,

também foi observado por Khalfaoui et al. (2014) para o teor de cinzas de cascas de laranja

calcinadas.

44

Dado que o teor de cinzas é um indicativo da qualidade de carvões ativados, o baixo

teor de cinzas do PCL sugere presença de poucas impurezas no material. De acordo com

Jaguaribe et al. (2005), carvões ativados comerciais apresentam teor de cinzas máximo

de 15%.


Através do ensaio granulométrico, foi possível classificar o PCL de acordo com a

massa retida, porcentagem retida de porcentagem retida acumulada em cada peneira

(Tabela 1).

Tabela 1. Composição granulométrica do PCL.

Abertura da peneira / mm Massa retida / g Porcentagem retida / % Porcentagem

retida acumulada / %

1,18 ± 0,01 0,0687 ± 0,0001 0,0200 0,02

0,600 ± 0,001 14,123 ± 0,0001 4,730 4,76

0,300 ± 0,001 191,92 ± 0,0001 64,34 69,09

0,149 ± 0,001 82,850 ± 0,0001 27,77 96,87

0,075 ± 0,001 9,2651 ± 0,0001 3,110 99,97

Fundo 0,0860 ± 0,0001 0,03 100,00

Total 298,31 ± 0,01 100,0

Pela Tabela 1 pode-se observar que a distribuição das partículas de PCL concentra-se

na faixa de (0,3 ± 0,1) mm, sendo que a maior porcentagem das partículas da amostra,

63,34%, foi retida nesta peneira. Partículas superiores a (1,18 ± 0,01) mm e inferiores a

(0,075 ± 0,001) mm representam 0,02% e 0,03% do total, respectivamente.

Na Figura 9 é apresentada a curva granulométrica na qual é destacada a variação do

tamanho das partículas em função da porcentagem retida em cada peneira.

45

0,1 1

100

80

60

40

20

0

Po

rcen

tag

em

reti

da a

cu

mu

lad

a /

%

Abertura da peneira / mm

Figura 9. Curva granulométrica do PCL.

Apenas 0,02 % do material possuem dimensões iguais ou superiores a

(1,18 ± 0,01) mm. El Nemr et al. (2009) e Ströher et al. (2012) utilizaram PCL em dimensões

iguais ou inferiores a 0,5 mm para fins de adsorção, e por este motivo optou-se por utilizar o

PCL sem distinção de granulometria para os ensaios subsequentes, tanto de caracterização

quanto de adsorção.

6.1.4 Estrutura molecular

Os grupos funcionais encontrados na superfície do PCL desempenham importante

função na interação entre adsorvente e adsorvato; grupos carbonila e hidroxila podem

acomodar compostos polares, e corantes metálicos podem se ligar a grupos amina (BRADY;

MCKAY, 1996). O espectro de infravermelho do PCL é apresentado na Figura 10.

46

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

94

95

96

97

98

99

100

14

00

~ 1

22

0

10

14

16

06

17

35

29

17

Tra

nsm

itân

cia

/ %

Número de onda / cm-1

32

93

Figura 10. Espectro de infravermelho do PCL.

As bandas mais intensas correspondem ao grupo funcional álcool (deformação axial

de O–H, em ligação de hidrogênio intermolecular, 3293 cm-1

), metileno (deformação axial de

C–H, 2917 cm-1

) e aldeído (deformação C=O, 1735 cm-1

e 1606 cm-1

). As bandas na região de

1400 a 1220 cm-1

representam a deformação angular de C–H, e o pico em 1014 cm-1

é relativo

à deformação vibracional C–O.

Mafra et al. (2013) obtiveram espectro de infravermelho similar ao observado na

Figura 10, para a casca de laranja seca em pó, mas com menor intensidade da banda na região

de 1000 cm-1

. O espectro de infravermelho do PCL obtido por Miranda et al. (2009)

apresentou banda forte em 3348 cm-1

, também indicativa de grupos álcool e fenol; bandas em

2920 e 2963 cm-1

, representando alcanos; e bandas entre 1699 e 1704 cm-1

, denotando a

presença de ácidos carboxílicos. O espectro do corante DB 86 é apresentado na Figura 11.

47

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

70

75

80

85

90

95

100

10

24

33

96

16

35

11

03

Tra

nsm

itân

cia

/ %


Figura 11. Espectro de infravermelho do corante DB 86.

Pela Figura 11, é possível observar banda forte em 3396 cm-1

, típica de aminas

secundárias, além de banda em 1635 cm-1

representando a ligação N–H, e duas bandas fortes e

estreitas em 1103 cm-1

e 1024 cm-1

, que indicam o estiramento da ligação S=O.

Na Figura 12 é apresentada a comparação dos espectros do PCL antes e após a

adsorção do DB 86.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000

94

95

96

97

98

99

100

101

102

Tra

nsm

itân

cia

/ %


PCL

PCL e DB 86

11

03

Figura 12. Espectro de infravermelho do PCL após adsorção do corante DB 86, com desaparecimento da

banda em 1103 cm-1

no espectro de PCL com DB 86.

48

Foi possível notar, na Figura 12, que o PCL possui as mesmas bandas espectrais

antes e após a adsorção do corante DB 86. As bandas características do DB 86 (Figura 11) se

sobrepõem às bandas principais dos espectros do PCL, antes e após a adsorção, com exceção

à banda em 1103 cm-1

, que passa a não ser mais observada. Uma vez que o espectro de

infravermelho fornece intensidades relativas, pode-se inferir que há presença de DB 86 em

quantidade muito inferior à de PCL, ou seja, o corante presente na amostra não é detectável

por esta técnica.

6.1.5 Análise superficial

Na Figura 13 são apresentadas as fotomicrografias do PCL obtidas por MEV,

destacando a estrutura porosa do material.

(A) (B)

Figura 13. Fotomicrografias do PCL. As duas imagens são regiões, A e B, diferentes da mesma amostra

com ampliações iguais.

É possível verificar a estrutura heterogênea dos poros no PCL, assim como

observado por Arami et al. (2005) e Mafra et al. (2013). De acordo com Santana e Gasparotto

(2009), a fibra alimentar do albedo da laranja é um material orgânico, sem forma geométrica

definida, o que justifica a diversidade estrutural encontrada.

49

O PCL possui grande quantidade de poros, com dimensões que variam de

aproximadamente 10,0 a 15,0 µm. De acordo com a classificação de carvões ativados da

IUPAC (1997), os poros do PCL são denominados macroporos, por terem dimensões

superiores a 50 nm (0,05 µm).

São evidentes as irregularidades na estrutura física do material, possivelmente devido

ao processo de secagem em estufa, que leva à degradação do material pectínico, pela quebra

das paredes celulares vegetais. Este efeito foi observado por Vega-Gálvez et al. (2011) apud

Xiao e Gao (2012) em gel de Aloe vera submetido a tratamento térmico.

Após os ensaios de adsorção, o PCL foi separado da solução de corante através de

filtração em papel-filtro; escolheu-se para a análise o material proveniente do ensaio de

15 minutos de adsorção a 30 °C. O filtrado foi acondicionado em dessecador, para acelerar a

remoção da umidade, e em seguida procedeu-se à visualização no MEV. Na Figura 14 são

apresentadas fotomicrografias do PCL após a adsorção do corante DB 86.

(A) (B)

Figura 14. Fotomicrografias do PCL após adsorção do corante DB 86. As duas imagens são regiões, A e B,

diferentes da mesma amostra com ampliações iguais.

Pela Figura 14, notam-se alterações morfológicas na estrutura do PCL, o que sugere

ocorrência de saturação dos poros pelo corante. Imagens semelhantes foram registradas por

Arami et al. (2005), em estudo de adsorção de corantes diretos em PCL, com a mesma

justificativa.

De acordo com Gedeon et al. (1997), a molécula de ftalocianina de cobre tem

diâmetro de aproximadamente 13 Å (0,0013 µm). Pigmentos compostos por ftalocianina de

50

cobre, como o corante DB 86, possuem partículas com dimensão aproximada de 100 nm

(0,1 µm) (ERK; HENGELSBERG, 2003), o que favorece a adsorção do corante pelos poros

do PCL, que são da ordem de 10-15 µm.

6.2 ESTUDOS DE ADSORÇÃO

Os estudos de adsorção foram avaliados através dos resultados das análises de índice

de iodo, índice de azul de metileno, ponto de carga zero (pHPCZ), curva de calibração para

análise quantitativa do corante Direct Blue 86, análise quantitativa de corante adsorvido sobre

pó de casca de laranja, influência do pH e dos componentes da casca de laranja na análise

quantitativa do ensaio de adsorção.


A partir dos valores calculados para quantidade de iodo adsorvida por grama de

amostra (X/M) e concentração residual de iodo (CR), foi traçado o gráfico X/M versus CR, em

escala logarítmica, para cada uma das três amostras, e feito o ajuste linear para os três pontos

(Figura 15).

51

0,01 0,012 0,014 0,016 0,018

200

300

400

500

600

(X/M

) /

(mg

·g)

CR / (mol·dm

-3)

Figura 15. Isoterma de adsorção do iodo pelo PCL.

Pelo ajuste linear dos pontos, obteve-se a equação da reta:

[(X/M)/(mg·g-1

)] = 19832,90·[CR/(mol·dm-3

)] + 58,9974, R2 = 0,99382.

O índice de iodo é igual ao valor de X/M correspondente à concentração residual de

0,01 mol·dm-3

, o que resulta em 257,33 mg·g-1

.

Materiais adsorventes comerciais apresentam índices de iodo na faixa de 300 a

1200 mg·g-1

(MALIK et al., 2006) e, de acordo com a NBR 2133 (1991b), carvões ativados

para uso em estações de tratamento de água devem apresentar índice de iodo mínimo de

600 mg·g-1

.

Contudo, materiais adsorventes de origem vegetal que não foram submetidos a

processos de ativação apresentam índices de iodo inferiores quando comparados a carvões

ativados, o que pode ser verificado pelos valores reportados na literatura: 9,84 mg·g-1

para

grãos de café desengordurados (BAEK et al., 2010) e 198,12 mg·g-1

para carvão ativado

produzido a partir de sementes de goiaba (JOSEPH et al., 2007).

52


Inicialmente, fez-se a medida da absorbância para diferentes concentrações de AM, a

fim de verificar o comprimento de onda de maior absorbância (pico de absorção). Os

resultados são apresentados na Figura 16.

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Ab

s

/ nm

1,2x10-3 g·dm

-3

2,4x10-3 g·dm

-3

3,6x10-3 g·dm

-3

4,8x10-3 g·dm

-3

6,0x10-3 g·dm

-3

Figura 16. Espectros de absorbância (Abs) das soluções de AM usadas na construção da curva de

calibração.

Com base nos resultados de absorbância, verificou-se que todas as soluções de AM

apresentaram um pico de absorbância máxima em 665 nm. A partir destes dados, construiu-se

um gráfico da absorbância em 665 nm em função da concentração de AM (Figura 17). Pode-

se observar que o comportamento é linear. Através da regressão linear tem-se a seguinte

equação:

0,002) (0,0134)]dm[C/(g0,5) (61,3Abs -3 ,

em que Abs corresponde à absorbância, e C à concentração de AM residual. O fator de

correlação da regressão linear (R2) é de 0,99971.

53

0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

Ab

s

C / (mol·dm-3)

Figura 17. Curva de calibração, absorbância (Abs) em 665 nm em função da concentração de AM.

Os índices de AM para as três amostras resultaram em valores próximos a zero, o

que significa que não ocorreu adsorção da molécula pelos poros do PCL. De acordo com Di

Bernardo e Dantas (2005), a molécula de AM possui diâmetro médio de 0,8 nm, mas é

efetivamente adsorvida quando os poros apresentam abertura superior a 1,3 nm, e

preferencialmente de 2,0 nm.

Conforme visualizado nas fotomicrografias (Figura 13), o PCL possui poros com

dimensão entre 10x103 e 15x10

3 nm em sua maioria, o que torna possível o processo de

adsorção. Portanto, a adsorção pode ter sido impedida por repulsões entre a superfície do

adsorvente e o AM, uma vez que este torna-se protonado em solução, e o PCL possui caráter

ácido, sendo portanto positivamente carregado.

No Brasil, não há um parâmetro mínimo estabelecido para índice de azul de metileno

em carvões ativados ou outros materiais adsorventes. Contreras et al. (2012) encontraram

índice de azul de metileno de 178,7 mg·g-1

para cascas de laranja secas em estufa, em ensaio

sob agitação contínua por 24 h utilizando soluções com concentrações variando de 50

a 500 mg·dm-3

. Khalfaoui et al. (2014) obtiveram 9,74 mg·g-1

para o índice de azul de

metileno do pó de cascas de laranja calcinadas, em ensaio de 125 min sob agitação e solução

de 100 mg·dm-3

. Estas condições de ensaio não permitem a comparação com o resultado

obtido, uma vez que a concentração e o tempo de contato são alguns dos principais

parâmetros intervenientes no processo de adsorção.

54


Com base nos valores de pH inicial e final das soluções analisadas (Tabela 2),

construiu-se o gráfico da diferença de pH versus pH inicial (Figura 18), em que o valor do

pHPCZ corresponde ao ponto onde a curva intercepta o eixo das abscissas.

Tabela 2. Valores de pH inicial, final e da diferença (subtração) entre pH final e inicial.

pHinicial pHfinal pHfinal – pHinicial

2,00 2,57 0,57

3,00 3,24 0,24

4,00 5,35 1,35

5,00 6,02 1,02

6,00 6,32 0,32

7,00 6,47 -0,53

8,00 6,50 -1,50

9,00 6,55 -2,45

10,00 7,03 -2,97

11,00 10,80 -0,20

12,00 11,88 -0,12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

-4

-3

-2

-1

0

1

2

( p

Hfi

nal–

pH

inic

ial )

pHinicial

pHPCZ

= 6,53

Figura 18. Representação gráfica do Ponto de Carga Zero (pHPCZ) do PCL.

A partir desta determinação foi possível verificar que, em soluções com pH abaixo

de 6,53, o PCL terá uma afinidade preferencialmente por ânions, enquanto soluções com pH

55

superior a este valor deixarão a superfície do PCL negativamente carregada e, portanto, com

maior afinidade por cátions.

Na literatura são encontrados valores de pHPCZ 3,5 e 6,0 para cascas de laranja secas

em estufa (CONTRERAS et al., 2012; KHAN et al., 2013) e 6,33 para carvão ativado

produzido a partir de casca de laranja (FOO; HAMEED, 2012). Carvões ativados comerciais

apresentam valores de pHPCZ próximos a 9,5 (REGALBUTO; ROBLES, 2004).

O decrescimento da curva em pH inicial 3,00 representa uma diferença de 0,24 entre

o pH final e o pH inicial, possivelmente devido aos grupos carboxílicos da celulose,

negativamente carregados, os quais apresentam menor ionização em pHs inferiores ao valor

de pKa (variável de 3 a 5 para grupos carboxílicos) (KHAN et al., 2013). Em pH 11,00, a

diferença de 0,20 entre os valores inicial e final pode indicar a desprotonação dos grupos

ácidos (ácido galacturônico) da pectina (CONTRERAS et al., 2012).

6.2.4 Curva de calibração para análise quantitativa do corante Direct Blue 86

A partir das diferentes concentrações, foram obtidos espectros de UV-visível,

apresentado na Figura 19.

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

Ab

s

/ nm

0,00375 g·dm-3

0,03000 g·dm-3

0,03750 g·dm-3

0,02250 g·dm-3

0,01500 g·dm-3

0,00750 g·dm-3

0,04500 g·dm-3

Figura 19. Espectros de UV-visível de soluções aquosas em diferentes concentrações do corante DB 86,

pH 6,51.

56

Através dos espectros de UV-visível foi possível obter o comprimento de onda onde

a absorbância é máxima, em 620 nm. Saien e Shahrezaei (2007) obtiveram espectro de

UV-visível similar à Figura 19, para o corante DB 86.

A partir das diferentes soluções preparadas e do λmáx = 620 nm, foi construído um

gráfico da absorbância versus concentração da solução de corante filtrada e não filtrada,

conforme apresentado na Figura 20.

0,0 1,0x10-2

2,0x10-2

3,0x10-2

4,0x10-2

5,0x10-2

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

Filtrado

Nao Filtrado

Ab

s

C / (g·dm-3

)

Figura 20. Absorbância em 620 nm versus concentração de soluções aquosas do corante DB 86 filtradas e

não filtradas.

Na Figura 20 não foi observada diferença significativa para as duas curvas. Mas,

como nos ensaios de adsorção o adsorvente é separado da solução por filtração, foi

considerada a curva de calibração com as soluções do DB 86 filtradas. Pelo ajuste linear,

obteve-se a seguinte equação de reta, com R² = 0,99935:

Abs = (-9,63 0,01)·10-4

+ (36,2 0,4)·[C/(g·dm-3

)].

6.2.5 Análise quantitativa de corante adsorvido sobre pó de casca de laranja

A influência do tempo de contato no primeiro ensaio de adsorção é apresentada na

Figura 21, que indica a concentração do corante DB 86 adsorvido versus tempo.

57

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

C /

(g

·dm

-3)

t / min

Figura 21. Concentração da solução aquosa do corante DB 86 versus tempo, após o ensaio de adsorção

(temperatura de 30 °C durante 200 minutos).

Através da Figura 21, é possível observar que com o passar do tempo a concentração

não tende a um valor constante de concentração, que seria um indicativo de o sistema atingir

equilíbrio. Apesar de El Nemr et al. (2009) e Shivaraj et al. (2001) verificaram tempo de

equilíbrio em cerca de 180 minutos em ensaios com casca de laranja e DB 86, e 80 minutos

com o corante Acid violet 17, respectivamente. Mafra et al. (2013), observaram equilíbrio

para ensaios com casca de laranja e o corante Remazol Brilliant Blue R em aproximadamente

15 horas.

A influência do tempo de contato no segundo ensaio é apresentada na Figura 22.

Pode-se observar que mesmo em tempos longos de adsorção não atingi um valor constante de

concentração.

58

0 1 2 3 4 5 6 7

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

C /

(g

·dm

-3)

t / d


(temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).

Para investigar o não alcance do equilíbrio, foram obtidos espectros de UV-visível

das soluções aquosas do corante DB 86 após o segundo ensaio de adsorção (temperatura de

30 ° C durante 6 dias e 12 horas), apresentados na Figura 23.

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Ab

s

/ nm

0,4 dia

1,0 dia

1,5 dia

2,0 dia

2,4 dia

3,0 dia

3,5 dia

4,0 dia

4,5 dia

5,1 dia

5,4 dia

6,0 dia

6,4 dia

Figura 23. Espectros de UV-visível das soluções aquosas contendo o corante DB 86 após o ensaio de

adsorção (temperatura de 30 ° C durante 6 dias e 12 horas).

59

É possível observar na Figura 23 que o pico de absorbância máximo para o corante

DB 86 foi alterado após o ensaio de adsorção comparando com o espectro UV-vísivel da

solução de corante apresentado na Figura 19. A absorbância máxima, que era no comprimento

de onda de 620 nm, passou para 678 nm.

Devido a estas observações, foi construído um novo gráfico da absorbância em

678 nm versus a concentração do DB 86 (Figura 24).

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ab

s

C / (g·dm-3

)

Figura 24. Absorbância em 678 nm versus concentração de soluções aquosas do corante DB 86.

Através do ajuste linear, obteve-se a seguinte equação de reta:

A = (0,01 0,01) + (20,9 0,5)·[C/(g·dm-3

)], em que R² = 0,99712.

Assim, novas concentrações de corante foram calculadas e foi construído outro

gráfico de concentração do DB 86 versus tempo, que é apresentado na Figura 25, que também

faz a comparação com a metodologia anterior.

60

0 1 2 3 4 5 6 7

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

C /

(g

·dm

-3)

t / d

620 nm

678 nm


(temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).

Mais uma vez, não foi possível observar uma tendência para um valor constante de

concentração com o decorrer do tempo.

Como vários componentes estão presentes na casca de laranja, em destaque para

Ácido Ascórbico (presente no flavedo e albedo), 0,3 % de Beta- Caroteno, 42,5% de Pectina,

D-Limoneno (83-90% do óleo total), 9,21 % de Celulose, 16,9% de açúcares solúveis (sendo

a Sacarose em maior quantidade) (LADANIYA, 2008; REZZADORI; BENEDETTI, 2009), é

possível que algum destes componentes possa ter alterado o pico de absorbância máximo.

Devido a isso, mais alguns testes foram feitos para investigar a mudança do espectro

de UV-visível e o não alcance do valor constante para concentração da solução aquosa do

corante após o ensaio de adsorção, que não permitiram a quantificação do corante nas

soluções.

Com o intuito de verificar se havia alteração do pó da casca de laranja com o passar

do tempo em contato com a solução aquosa de corante, as amostras do segundo ensaio foram

guardadas e lidas novamente após 46 dias (Figura 26), e obtidos espectros de UV-visível para

estas amostras (Figura 27).

61

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Ab

s

nm

0,4 dia

1,0 dia

1,5 dia

2,0 dia

2,4 dia

3,0 dia

3,5 dia

4,0 dia

4,5 dia

5,1 dia

5,4 dia

6,0 dia

6,4 dia

Figura 26. Espectros de UV-Visível da releitura após 46 dias das soluções aquosas do corante DB 86 após

o ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).

0 1 2 3 4 5 6 7

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

C /

(g

·dm

-3)

t / d

Figura 27. Releitura após 46 dias da concentração da solução aquosa do corante DB 86 versus tempo, após

o ensaio de adsorção (temperatura de 30 °C durante 6 dias e 12 horas).

Pelas Figuras 26 e 27, é possível observar alteração nos resultados após 46 dias, ao

serem comparados os resultados apresentados nas Figuras 22 e 23. Também foi observada a

presença de gás, indicando degradação das amostras devido à existência de micro-organismos,

como verificado pela presença de fungos. Isto pode ser um dos motivos do sistema não ter

atingido o equilíbrio nos ensaios de adsorção.

62

6.2.6 Influência do pH na análise quantitativa do ensaio de adsorção

Devido à alteração do pH, de 6,51 para 5,03 após o tempo de 6 dias e 12 horas do

ensaio, foram preparadas soluções com diferentes pHs para investigar sua influência na

mudança do espectro de UV-visível. Na Figura 28 são apresentados os espectros de UV-

visível para cada pH ajustado.

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Ab

s

/ nm

pH 12,48

pH 10,51

pH 8,89

pH 6,00

pH 4,40

pH 2,06

Figura 28. Espectros de UV-visível da solução de DB 86 com pHs ajustados em diferentes valores.

Através dos espectros de UV-visível da Figura 28, foi possível observar que a

mudança de pH acarretou na alteração nos espectros do corante, porém o pico de absorbância

máximo continuou o mesmo, ou seja, a alteração do pico de máxima absorbância nos ensaios

de adsorção com o PCL não é devido à mudança no pH do meio.

6.2.7 Influência dos componentes da casca de laranja na análise quantitativa do ensaio de

adsorção

Na Figura 29 é apresentado o espectro de UV-visível do terceiro ensaio, com água

destilada e casca da laranja mantidos sob agitação por 4 dias à temperatura de 30 °C.

63

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Ab

s

/ nm

0,8 dia

1,1 dia

1,8 dia

2,2 dia

2,6 dia

3,1 dia

3,8 dia

4,1 dia

Figura 29. Espectros de UV-visível de água destilada com PCL após 4 dias à temperatura de 30 °C.

Apenas na região do Ultravioleta aparecem picos, porém estes picos não são

significativos para a investigação da alteração do espectro, devido ao pico de absorbância

máxima para o corante DB 86 estar na região do Visível.

Para continuar a investigação, foram obtidos espectros dos principais componentes

da casca da laranja, Ácido Ascórbico, Beta-Caroteno, Pectina, D-Limoneno, Celulose e

Sacarose.

Foi colocada uma pequena quantidade de aproximadamente 0,1 g destes

componentes em água destilada (componente + água destilada) e também na solução de

corante (componente + solução do DB 86), obtendo o espectro de UV-visível para

posteriormente compará-los com o espectro de UV-visível da solução do DB 86 (Figura 30).

64

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

Ab

s

/ nm

Soluçao de Corante

Acido ascorbico + Agua Destilada

Acido ascorbico + Soluçao de Corante

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Ab

s

/ nm

Soluçao de corante

Beta-caroteno + Agua Destilada

Beta-caroteno + Soluçao de Corante

(A) (B)

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8 Soluçao de Corante

Pectina + Agua Destilada

Pectina + Soluçao de Corante

Ab

s

/ nm

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Soluçao de Corante

D - Limoneno + Agua Destilada

D - Limoneno + Soluçao de Corante

Ab

s

/ nm

(C) (D)

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4 Soluçao de Corante

Celulose + Agua Destilada

Celulose + Soluçao de Corante

Ab

s

/ nm

400 450 500 550 600 650 700 750 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Soluçao de Corante

Sacarose + Agua Destilada

Sacarose + Soluçao de Corante

Ab

s

/ nm

(E) (F)

Figura 30. Espectros de UV-visível. (A) Ácido Ascórbico; (B) Beta-Caroteno; (C) Pectina; (D) D-

Limoneno; (E) Celulose; (F) Sacarose.

Na Figura 30 foi possível notar que o D-Limoneno é o responsável pela mudança na

intensidade dos picos, pois reage com a solução de corante e o pico de maior intensidade foi

alterado de λmáx = 620 nm para λmáx = 678 nm.

65

Devido à alteração no espectro de UV-visível, não foi possível fazer a quantificação

do corante após os ensaios de adsorção. O que impossibilitou a realização dos estudos de

cinética e isoterma de adsorção.

66

7 CONCLUSÃO

Com o desenvolvimento deste trabalho pode-se concluir que o PCL possui potencial

como material adsorvente para corante têxtil, uma vez que suas propriedades físico-químicas

indicam estrutura porosa compatível com a adsorção de moléculas com dimensões de até

15 µm. O PCL apresentou teor de umidade abaixo de 8%, atendendo a norma ABNT NBR

2133 e o teor de cinzas foi (2,79 ± 0,06) %, indicando poucas impurezas no material. Ou seja,

o PCL elaborado em laboratório apresentou propriedades semelhantes àquelas de materiais

similares encontrados na literatura, com exceção ao índice de azul de metileno que não pôde

ser calculado.

A metodologia empregada nos ensaios de adsorção não forneceu um indicativo de o

sistema atingir equilíbrio, o que levou à investigação das possíveis causas. Observou-se

deslocamento do pico de absorbância da solução no espectro UV-visível ao longo do tempo

de adsorção, portanto, fez-se uma nova leitura dos espectros no novo comprimento de onda

encontrado; contudo, não foi possível encontrar o tempo de equilíbrio, não permitindo a

quantificação do corante nas soluções.

A releitura das amostras após 46 dias da data do ensaio de adsorção indicou alteração

nos picos com o passar do tempo e também foi verificada a existência de fungos e micro-

organismos, ou seja, pode ser que tenha ocorrido a degradação das amostras. E uma vez

descartada a possibilidade de interferência pelo valor do pH do meio reacional, prosseguiu-se

com o estudo individual dos principais componentes da casca de laranja, a fim de determinar

o motivo de não ser possível fazer a quantificação do corante após os ensaios de adsorção.

Os espectros no UV-visível dos principais componentes da casca da laranja, Ácido

Ascórbico, Beta-Caroteno, Pectina, D-Limoneno, Celulose e Sacarose, diluídos em água

destilada, foram comparados ao espectro da solução de corante em água destilada, e ao

espectro do próprio componente diluído na solução de corante.

Com isto, foi possível identificar o D-Limoneno como responsável pela alteração na

intensidade dos picos. A presença deste componente inviabilizou a quantificação do corante

após os ensaios de adsorção, através da variação de tempo de contato (cinética de adsorção),

pH, temperatura e isoterma de adsorção. Portanto, o método de adsorção, usando casca de

laranja como adsorvente e corante DB 86 como adsorvato não se mostrou eficiente nas

condições deste estudo.

67

Sugere-se, para o desenvolvimento de trabalhos futuros, a ativação química e/ou

física do PCL, e a verificação das propriedades adsortivas deste novo material; caso possível,

a determinação da cinética e da isoterma de adsorção que melhor descreva o comportamento

do PCL ativado; e a realização de ensaios com outros tipos de corantes têxteis, ou efluentes de

indústrias têxteis.

68

REFERÊNCIAS

ABDURRAHMAN, F. B. ; AKTER, M. ; ABEDIN, M. Z. Dyes Removal From Textile

Wastewater Using Orange Peels. International Journal of Scientific & Technology

Research, Bangladesh, v. 2, 2013.

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 248:2001:

Agregados - Determinação da composição granulométrica. Brasil, 2001.

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12073:1991:

Carvão ativado pulverizado - Determinação do número de iodo - Método de ensaio.

Brasil, 1991(a).

ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 2133: Carvão

ativado pulverizado - Especificação. Brasil, 1991(b).

ALBRIGHT, L. Albright’s Chemical Engineering Handbook. Boca Raton: CRC Press,

2009.

AL-DEGS, Y.; KHRAISHEH, M. A. M., ALLEN, S. J.; AHMAD, M. N. Effect of carbon

surface chemistry on the removal of reactive dyes from textile effluent. Water Research,

Jordânia, v. 34, n. 3, p. 927-935, 2000.

ARAMI, M., LIMAEE, N. Y., MAHMOODI, N. M.; TABRIZI, N. S. Removal of dyes from

colored textile wastewater by orange peel adsorbent: Equilibrium and kinetic studies. Journal

of Colloid and Interface Science, Irã, n. 288, p. 371, 2005.

ARDEJANI, F. D.; BADII, K. H.; LIMAEE, N. Y.; MAHMOODI, N. M.; ARAMI, M.;

SHAFAEI, S. Z.; MIRHABIBI, A. R. Numerical modelling and laboratory studies on the

removal of Direct Red 23 and Direct Red 80 dyes from textile effluents using orange peel, a

low-cost adsorbent. Dyes and Pigments, Irã, v. 73, p. 178-185, 2007.

ASTM - AMERICAN SOCIETY OF TESTING AND MATERIALS. D2866/1994:

Standard Test Method for Total Ash Content of Activated Carbon. Estados Unidos,

1994.


Standard Test Method for Moisture in Activated Carbon. Estados Unidos, 2004.

69


Standard Test Method for Determination of Iodine Number of Activated Carbon. Estados Unidos, 2014.

BAEK, M.; IJAGBEMI, C. O.; O, S.; KIM, D. Removal of Malachite Green from aqueous

solution using degreased coffee bean. Journal of Hazardous Materials. Coréia, v. 176, p.

820-828, 2010.

BALDISSARELLI, V. Z. Estudo da adsorção do corante reativo Preto 5 dobre carvão

ativado: caracterização do adsorvente e determinação de parâmetros cinéticos e

termodinâmicos. 2006. 117 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Departamento de

Química, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau, 2006.

BASTIAN, E. Y. O.; ROCCO, J. L S.; SAN MARTIN, E. Guia técnico ambiental da

indústria têxtil. São Paulo: CETESB/SINDITÊXTIL, 2009. Disponível em:

<http://www.sinditextilsp.org.br/guia_p%2Bl.pdf.pdf> Acesso em: 10 jan. 2014.

BENAISSA, H. Removal of acid dyes from aqueous solutions using orange peel as a sorbent

material. Int. J. Environment and Pollution, Argélia, v. 34, p. 71-72, 2008.

BENELLI, P. Agregação de valor ao bagaço de laranja (Citrus Sinensis L. Osbeck)

mediante obtenção de extratos bioativos através de diferentes técnicas de extração. 2010.

233 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) – Departamento de Engenharia de

Alimentos, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2010.

BHATNAGAR, A.; JAIN, A. K. A comparative adsorption study with different industrial

wastes as adsorbents for the removal of cationic dyes from water. Journal of Colloid

Interface Science, Índia, v. 281, p. 49-55, 2005.

BRADY, M.; MCKAY, G. Characterization of Adsorbents. In: MCKAY, Gordon. Use of

Adsorbents for the Removal of Pollutants from Wastewater. Boca Raton (Florida): CRC

Press, 1996.

CASAS-OROZCO, D.; VILLA, A. L.; BUSTAMANTE, F.; GONZÁLEZ, L. M. Process

development and simulation of pectin extraction from orange peels. Food and Bioproducts

Processing, Colômbia, v. 96, p. 86-98, 2015.

CAVALCANTI, J. E. W. de A. Manual de Tratamento de Efluentes Industriais. São

Paulo: Engenho, 2009.

70

CHOUDURY, A. K. R. Textile Preparation and Dyeing. Enfield: Science Publishers, 2006.

COLTHUP, N. B.; DALY, L. H.; WIBERLEY, S. E. Introduction to Infrared and Raman

Spectroscopy. 3. ed. San Diego: Academic Press, 1990.

CONTRERAS, E.; SEPÚLVEDA, L.; PALMA, C. Valorization of Agroindustrial Wastes as

Biosorbent for the Removal of Textile Dyes from Aqueous Solutions. International Journal

of Chemical Engineering. Chile, v. 9, 9 p., 2012.

COOPER, P. Colour in Dyehouse Effluent. Society of Dyers and Colorists. Oxford: Alden

Press, 1995.

CORATEX. FISPQ - Ficha de Informação de Segurança de Produtos Químicos em

acordo com a NBR-14725 - Corasol Turquesa GLL 160%. 04 out. 2013.

COUTO JUNIOR, O. M. Adsorção de ibuprofeno e paracetamol em carvão ativado

funcionalizado. 2012. 155 fls. Exame de Qualificação (Doutorado em Engenharia Química) –

Departamento de Engenharia Química, Universidade Estadual de Maringá, 2012.

DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. D. B. Métodos e técnicas de tratamento de água. 2. ed.

São Carlos: RiMa, 2005, 2 v.

EL NEMR, A.; ABDELWAHAB, O.; EL-SIKAILY, A.; KHALED, A. Removal of Direct

Blue-86 from aqueous solution by new activated carbon developed from orange peel. Journal

of Hazardous Materials, Egito, v. 100, p. 102-110, 2009.

ERK, P.; HENGELSBERG, H. Phtalocyanine Dyes and Pigments. In: KADISH, Karl M.;

SMITH, Kevin M.; GUILARD, Roger. The Porphyrin Handbook: Applications of

phthalocyanines. San Diego: Academic Press, 2003. v. 19.

FENNEMA, O. R. Química de los Alimentos. 2. ed. Zaragoza: Acribia, 2000.

FOO, K. Y.; HAMEED, B. H. Preparation, characterization and evaluation of adsorptive

properties of orange peel based activated carbon via microwave induced K2CO3 activation.

Bioresource Technology, Malásia, v. 104, p. 679–686, 2012.

GARG, V. K. ; GUPTA, R. ; YADAV, A. B.; KUMAR, R. Dye removal from aqueous

solution by adsorption on treated sawdust. Bioresource Technology, Índia, v. 89, p. 121–124,

2003.

71

GEDEON, A.; VALEUX, M.; GRUIA, M.; MINGHUA, G.; FRAISSARD, J. ZSM-5 zeolite

synthesis in the presence of a copper-phthalocyanine complex: Characterization by ESR and 129

Xe NMR. Solid State Nuclear Magnetic Resonance, França, v. 9, p. 269-276, 1997.

GONÇALVES, L. C.; FILIZOLA, R. G.; CONCEIÇÃO, M. L. da; SILVA, C. C. de M.;

ANDRADE, Y. O. de. Reciclagem das cascas da laranja pêra na produção de suplemento

alimentar de fibras solúveis (pectina). In: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e

Ambiental; AIDIS. Saneamento ambiental: desafio para o século 21. Rio de Janeiro,

ABES, 2001.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Estatística da

Produção Agrícola. Grupo de Coordenação de Estatísticas Agropecuárias (GCEA). fev.

2013. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/indicadores/agropecuaria/

lspa/estProdAgr_201302.pdf> Acesso em: 20 jun. 2014.

IUPAC. International Union of Pure and Applied Chemistry. Compendium Of Chemical

Terminology. 2. ed. IUPAC, 1997.

JAGUARIBE, E. F.; MEDEIROS, L. L.; BARRETO, M. C. S.; ARAUJO, L. P. The

Performance of Activated Carbons From Sugarcane Bagasse, Babassu and Coconut Shells in

Removing Residual Chlorine. João Pessoa. Brazilian Journal of Chemical Engineering. v.

22, n. 01, p. 41-47. jan./mar. 2005.

JOSEPH, C. G.; BONO, A.; KRISHNAIAH, D.; SOON, K. O. Sorption Studies of Methylene

Blue Dye in Aqueous Solution by Optimised Carbon Prepared from Guava Seeds (Psidium

guajava L.). Materials Science (Medžiagotyra). Malásia, v. 13, n. 1, 2007.

KAMSONLIAN, S.; SURESH, S.; MAJUMDER, C. B.; CHAND, S. Characterization of

banana and orange peels: biosorption mechanism. International Journal of Science

Technology & Management. Índia, v. 2, 4. ed., 2011.

KANNAN, N.; SUNDARAM, M. M. Kinetics and mechanism of removal of methylene blue

by adsorption on various carbons – a comparative study. Dyes and Pigments, Índia, v. 51, p.

25-40, 2001.

KHALED, A.; EL NEMR, A., EL-SIKAILY, A., ABDELWAHAB, O. Treatment of artificial

textile dye effluent containing Direct Yellow 12 by orange peel carbon. Desalination, Egito,

v. 238, p. 210-232, 2009.

72

KHALFAOUI, A.; BENDJAMAA, I.; BENSID, T.; MENIAI. A. H.; DERBAL, K. Effect of

Calcination on Orange Peels Characteristics: Application of an Industrial Dye Adsorption.

Chemical Engineering Transactions. Argélia, v. 38, p. 361-366, 2014.

KHAN, S.; FAROOQI, A.; DANISH, M. I.; ZEB, A. Biosorption of Copper (II) from

aqueous solution using Citrus sinensis peel and wood sawdust: utilization in purification of

drinking and waste water. International Journal of Research and Reviews in Applied

Sciences. Paquistão, v. 16, p. 297-306, 2013.

KHATTRI, S. D.; SINGH, M. K. Removal of malachite green from dye wastewater using

neem sawdust by adsorption. Journal of Hazardous Materials, Índia, v. 167, p. 1089-1094,

2009.

KUMAR, V. K.; PORKODI, K. Batch adsorber design for different solution

volume/adsorbent mass ratios using the experimental equilibrium data with fixed solution

volume/adsorbent mass ratio of malachite green onto orange peel. Dyes and Pigments, Índia,

v. 74, p. 590-594, 2007.

LADANIYA, M. S. Citrus Fruit: Biology, Technology and Evaluation. Londres: Elsevier

Inc., 2008.

LAGORSSE, S.; CAMPO, M. C.; MAGALHÃES, F. D.; MENDES, A. Water Adsorption on

Carbon Molecular sieve Membranes: Experimental data and isotherm model. Carbon.

Portugal, v. 43, p. 2769-2779, 2005.

LAZARIDIS, N. K.; KARAPANTSIOS, T. D.; GEORGANTAS, D. Kinetic analysis for the

removal of a reactive dye from aqueous solution onto hydrotalcite by adsorption. Water

Research, Grécia, v. 37, p. 3023-3033, 2003.

LICANDRO, G.; ODIO, C. E. Citrus by-products. In: DUGO, Giovanni e DI GIACOMO,

Angelo. (Ed.). Citrus: The genus Citrus. London: Taylor & Francis, 2002. cap. 11.

LOPRESTO, C. G.; PETRILLO, F.; CASAZZA, A. A.; ALIAKBARIAN, B.; PEREGO, P.;

CALABRÒ, V. A non-conventional method to extract D-limonene from waste lemon peels

and comparison with traditional Soxhlet extraction. Separation and Purification

Technology, Itália, v. 137, p. 13-20, 2014.

MAFRA, M. R.; IGARASHI-MAFRA, L.; ZUIM, D. R.; VASQUES, É. C. ; FERREIRA, M.

A. Adsorption of remazol brilliant blue on an Orange peel adsorbent. Brazilian Journal of

Chemical Engineering, Brasil, v. 30, p. 6557-665, 2013.

73

MALIK, R.; RAMTEKE, D. S.; WATE, S. R. Physico-chemical and surface characterization

of adsorbent prepared from groundnut shell by ZnCl2 activation and its ability to adsorb

colour. Indian Journal of Chemical Technology. Índia, v. 13, p. 319-328, 2006.

MARAN, J. P.; VENKATACHALAM, S.; KARICHAPPAN, T.; SRIDHAR, R. Optimization

of microwave assisted extraction of pectin from orange peel. Carbohydrate Polymers, Índia,

v. 97, p. 703-709, 2013.

MARÓSTICA JÚNIOR, M. R.; PASTORE, G. M. Biotransformação de limoneno: uma

revisão das principais rotas metabólicas. Química Nova, Brasil, v. 30, p. 382-387, 2007.

MIRANDA, R.; BUSTOS-MARTINEZ, D.; BLANCO, C. S.; VILLARREAL, M. H. G.;

CANTÚ, M. E. R. Pyrolysis of sweet orange (Citrus sinensis) dry peel. Journal of

Analytical and Applied Pyrolysis. México, v. 86, p. 245–251, 2009.

MOHAN, D.; PITTMAN JR., C. U.; STEELE, P. H. Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil:

A critical review. Energy & Fuels. Estados Unidos, v. 20, n. 3, p. 848-889, 2006.

MUCCIACITO, J. C. Conceitos e Aplicações Do Carbono Ativado. Meio Filtrante. ano V.

ed. 22. set/out. São Paulo, 2006.

NASSAR, A. G; ABDEL-HAMIED, A. A.; EL-NAGGAR, E. A. Effect of Citrus by-

Products Flour Incorporation on Chemical, Rheological and Organolepic Characteristics of

Biscuits. World Journal of Agricultural Sciences, Egito, v. 4, p. 612-616, 2008.

ÖZACAR, M.; SENGIL, I. A. Adsorption of reactive dyes on calcined alunite from aqueous

solutions. Journal of Hazardous Materials B, Turquia, v. 98, p. 211-224, 2003.

PAVIA, D. L.; LAMPMAN, G. M.; KRIZ, G. S.; VYVYAN, J. A. Introduction to

Spectroscopy. 4. ed. Belmont: Brooks/Cole, 2009.

POLLARD, S. J. T.; FOWLER, G. D.; SOLLARS, C. J.; PERRY, R. Low cost adsorbents for

water and wastewater treatment - a review. The Science of the Total Environment, Reino

Unido, v. 116. p. 3331-52, 1992.

REGALBUTO, J. R.; ROBLES, J.; The engineering of Pt/Carbon Catalyst Preparation.

University of Illinois: Chicago, 2004.

74

REZZADORI, K.; BENEDETTI, S. Proposições para Valorização de Resíduos do

Processamento do Suco de Laranja. 2nd International Workshop | Advances in Cleaner

Production, São Paulo, 2009.

SAIEN, J.; SHAHREZAEI, F. Decolorization and mineralization of Direct Blue86 by

UV/TiO2 process: Investigations on the effect of operational parameters. J. Sci. I. A. U

(JSIAU), Irã, v. 17, No. 64, 2007.

SANTANA, M. de F. S. de; GASPARETTO, C. A. Microestrutura da fibra alimentar do

albedo de laranja: um estudo por técnicas físicas e análise de imagens. Ciência e Tecnologia

de Alimentos. Brasil, v. 29, n. 1, p. 124-134, 2009.

SANTOS, A. B. dos; CERVANTES, F. J. VAN LIER, J. B. Impacto dos Medidores Redox na

Remoção de cor de Corantes Azo e Antraquinônico por Lodo Granular Anaeróbio Sob

Condições Mesofílicas e Termofílicas. In: Encontro Brasileiro de Engenharia Sanitária e

Ambiental. 23, 2005, Campo Grande. Anais eletrônicos... Fortaleza – Universidade Federal

do Ceará. Disponível em: <http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes23/II-082.pdf>. Acesso

em: 07 ago. 2014.

SEBRAE. Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas. Serviços para o setor

Têxtil e Vestuário. Curitiba, 2011. Disponível em: <http://www.senaipr.org.br/para-

empresas/servicos-para-o-setor-textil-e-vestuario-3-9861-150971.shtml> Acesso em: 13 jul.

2014.

SEKAR, M.; SAKTHI, V.; RENGARAJ, S. Kinetics and equilibrium adsorption study of lead

(II) onto activated carbon prepared from coconut shell. Colloid and Interface Science, Índia,

v. 279, p. 307-313, 2004.

SHIVARAJ, R.; NAMASIVAYAM, C.; KADIRVELU, K. Orange Peel as an adsorbent in

the removal of Acid violet 17 (acid dye) from aqueous solutions. Waste Manage, Índia, v.

12. p. 105–110, 2001.

SILVERSTEIN, R. M.; KIEMLE, D. J.; WEBSTER, F. X. Identificação Espectrométrica

de Compostos Orgânicos. 7. ed., Rio de Janeiro: LTC, 2007.

SRIAMORNSAK, P. Chemistry of Pectin and Its Pharmaceutical Uses: A Review. Silpakorn

Univ. Int. J., Tailândia, v. 3, p. 206–228, 2003.

STRÖHER, A. P.; MENEZES, M. L.; FIORENTIN, L. D.; PEREIRA, N. C. Utilização do

bagaço de laranja no tratamento de efluente proveniente da lavagem de jeans. E-xacta, Belo

Horizonte, v. 5, n. 1, p. 27-37, 2012.

75

TING, S. V.; ROUSEFF, R. L. Citrus Fruits and Their Products: Analysis and

Technology. New York: Marcel Dekker Inc., 1986.

UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICULTURE (USDA). Citrus: World Markets

and Trade. Foreign Agricultural Service. jan. 2014. Disponível em: <http://apps.fas.usda.

gov/psdonline/circulars/citrus.pdf> Acesso em: 20 jun. 2014.

WORCH, E. Adsorption Technology in Water Treatment: Fundamentals, Processes, and

Modeling. Berlim: De Gruyter, 2012.

XAVIER, M. A. K. Estudo da capacidade de adsorção do carvão resultante da queima de

pneus em alta temperatura. 2007. 52 fls. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em

Química Ambiental) – Departamento Acadêmico de Química e Biologia, Universidade

Tecnológica Federal do Paraná, 2007.

XIAO, H.; GAO, Z. The Application of Scanning Electron Microscope (SEM) to Study the

Microstructure Changes in the Field of Agricultural Products Drying. In: KAZMIRUK,

Viacheslav. Scanning Electron Microscopy. Shangai: InTech, 2012. Cap. 11.

YANG, R. T. Adsorbents: fundamentals and applications. Hoboken: Wiley-Interscience,

2003.

YAGUB, M. T.; SEN, T.; AFROZE, S.; ANG, H. M. Dye and its removal from aqueous

solution by adsorption: A review. Advances in Colloid and Interface Science, Austrália,

v. 209, p. 172-184, 2014.

YASAR F.; TOGRUL, H.; ARSLAN, N. Flow properties of cellulose and carboxymethyl

cellulose from orange peel. Journal of Food Engineering, Turquia, v. 81, p. 187-199, 2007.

ZANELLA, K. Extração da pectina da casca da laranja-pera (Citrus sinensis L. Osbeck)

com solução diluída de ácido cítrico. 2013. 110 fls. Dissertação (Mestrado em Engenharia

Química) – Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas,

Campinas, 2013.

76

ANEXO A – CÁLCULO DO ÍNDICE DE IODO

Inicialmente, foram calculados os fatores de correção das soluções de tiossulfato (N1)

e da solução de iodo (N2).

A reação do dicromato de potássio com o tiossulfato de sódio é descrita pela

Equação A.1:

Cr2O72-

(aq) + 14H+(aq) + 6S2O3

2-(aq) ↔ 2Cr

3+(aq) + 3S4O6

2-(aq) + 7H2O(l) (A.1)

Considerando a estequiometria da reação acima, e através do volume de tiossulfato

de sódio 0,1 mol·dm-3

consumido na titulação da solução de dicromato 0,0167 mol·dm-3

,

calculou-se o fator de correção (N1) a partir da Equação A.2:

(A.2)

Em que:

N1 = fator de correção da solução de tiossulfato de sódio

P = volume de dicromato de potássio

S = volume de tiossulfato de sódio consumido na titulação

Na padronização da solução de tiossulfato de sódio, o dicromato de potássio é

reduzido por uma solução ácida de iodeto de potássio, com liberação de iodo, como mostrado

na Equação A.3.

Cr2O72-

(aq) + 6I-(aq) + 14H

+(aq) ↔ 2Cr

3+(aq) + 3I2(aq) + 7H2O(l) (A.3)

A reação do iodo com o tiossulfato é dada pela Equação A.4:

I2(aq) + 2S2O32-

(aq) → S4O62-

(aq) + 2I-(aq) (A.4)

Assim, a padronização da solução de iodo 0,05 mol·dm-3

utilizando tiossulfato de

sódio 0,1 mol·dm-3

fornece o valor de N2, dado pela Equação A.5:

S)dmmol(0,100

P)dmmol0,0167(6N

3-

-3

1

77

(A.5)

Em que:

N2 = fator de correção da solução de iodo

I = volume da solução de iodo.

O fator de diluição da solução de iodo, referente ao preparo da amostra para o ensaio,

é dado pela Equação A.6:

(A.6)

Em que:

FD = fator de diluição

H = volume de ácido clorídrico 1:5 (v/v) consumido

F = volume do filtrado.

A quantidade de iodo adsorvida é dada pela diferença entre a quantidade inicial de

iodo e a quantidade de iodo presente no filtrado. Pela estequiometria da reação da Equação

A.4, e considerando as concentrações das soluções de tiossulfato de sódio e de iodo, a

quantidade de iodo (em miligramas) adsorvida por grama de PCL (X/M) é obtida pela

Equação A.7:

(A.7)

Em que:

X/M = quantidade de iodo adsorvida por grama de amostra

M(I2) = massa molar da molécula de iodo I2 (253,86 g·mol-1

)

M = massa de PCL utilizada.

O parâmetro CR, correspondente à concentração residual de iodo no filtrado, é

calculado pela Equação A.8:

I)dmmol0,05(2

NS)dmmol(0,1N

3-

1-3

2

H)/F(IFD

M

)M(I2

SN)dmmol(0,100FDmL25)dmmol0,0500(N

M

X2

1-3

3-2

78

(A.8)

Com base nos valores de X/M e CR, construiu-se um gráfico em escala logarítmica a

partir do qual é possível encontrar o valor do índice de iodo para a concentração residual de

0,0100 mol·dm-3

.

F2

SN)dmmol(0,100C 1

-3

R

Documents

CARACTERIZAÇÃO E AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES …repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/12047/1/CT_COQUI_20… · RESUMO FORMICA, Barbara Costa; BRUDZINSKI, Patricia Balestrin